基于腔衰減的量子信息處理的研究.pdf

1、量子信息是信息科學(xué)與量子力學(xué)相結(jié)合的新興交叉學(xué)科，它可以突破現(xiàn)有信息技術(shù)的物理極限，開拓了量子力學(xué)應(yīng)用的新天地，為21世紀(jì)信息科學(xué)的發(fā)展提供了新的原理和方法，已成為當(dāng)今世界關(guān)注的熱門研究領(lǐng)域，受到了人們廣泛的關(guān)注。近來，越來越多的量子信息處理相關(guān)方案被提出，比如量子態(tài)的隱形傳送，量子密碼，量子計(jì)算，量子博弈等。在這些量子計(jì)算與量子信息處理過程中，利用到了一種獨(dú)特的量子力學(xué)資源——量子糾纏。月前，量子信息科學(xué)無論在理論上和實(shí)驗(yàn)上都取得了一

2、些重要突破，但在實(shí)用量子系統(tǒng)上仍還有許多障礙需要克服。比如在實(shí)際系統(tǒng)中，由于環(huán)境噪聲等消相干的影響無處不在，量子系統(tǒng)的糾纏度卻很難保持。在量子信息的物理實(shí)現(xiàn)上有線性光學(xué)方法、腔QED方法、核磁共振方法和量子點(diǎn)方法等各種硬件方法，基于腔QED系統(tǒng)的方法中的消相干主要來源于原子自發(fā)輻射和腔場(chǎng)的衰減。在本學(xué)位論文中，我們將討論利用腔場(chǎng)的衰減來進(jìn)行量子信息的處理過程。主要包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容： 1．討論三能級(jí)原子與腔場(chǎng)和經(jīng)典場(chǎng)之間的相互

3、作用過程，并得出在大失諧情況下等效哈密頓量，進(jìn)一步地考慮了原子自發(fā)輻射較小而腔場(chǎng)衰減較大情況下的等效哈密頓量； 2．在考慮并充分利用腔衰減的情形下，討論了兩遠(yuǎn)距離原子糾纏方案和多原子的糾纏態(tài)制備方案。從兩個(gè)單邊泄露腔中泄露出來的光子同時(shí)通過分束器后，如果兩個(gè)單光子探測(cè)器只探測(cè)到一個(gè)光子，則分別囚禁在兩光腔中的原子將以一定的概率處于最大糾纏態(tài)。 3．簡(jiǎn)述了量子隱形傳送的基本概念，并提出了基于腔衰減的未知兩原子糾纏態(tài)的遠(yuǎn)距離

4、傳送方案。在本方案中，將以四原子GHZ態(tài)作為量子通道，而單光子探測(cè)器的響應(yīng)將對(duì)應(yīng)于不同的量子跳躍算符的作用。雖然隱形傳送的方案是概率性的，但腔場(chǎng)的衰減得到了考慮。 4．糾纏對(duì)在分發(fā)過程中，最大糾纏對(duì)往往變成非最大糾纏對(duì)，而為了完好的量子信息過程，常常需要將非最大糾纏對(duì)轉(zhuǎn)換成最大糾纏對(duì)。糾纏交換是量子中繼的重要組成部分，在糾纏純化、糾纏制備、加速遠(yuǎn)距離的糾纏分布等方面有著重要的應(yīng)用，我們將討論利用糾纏交換實(shí)現(xiàn)未知原子糾纏態(tài)的濃縮方