近幾年,隨著實(shí)驗(yàn)探究的進(jìn)一步發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了量子比特與光子超強(qiáng)耦合,此種情況下旋波近似失效,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)必須由Rabi模型來描述。同時(shí)光和物質(zhì)之間的耦合不斷增強(qiáng)時(shí),相互作用系統(tǒng)不僅存在我們已經(jīng)熟知的單光子交換,還存在雙光子交換過程(同時(shí)吸收和放出兩個(gè)光子的過程),這一現(xiàn)象極大地精確了光與物質(zhì)相互作用本征能量的求解,也豐富了對(duì)光與物質(zhì)相互作用物理機(jī)制的認(rèn)識(shí)。本文利用變換旋轉(zhuǎn)波方法(TRWA),對(duì)單光子交換和雙光子交換的量子Rabi模型進(jìn)行了解析求解,為研究體系能譜提供理論依據(jù),并期許將結(jié)果應(yīng)用到電路量子電動(dòng)力學(xué)的研究中。本文主要的研究工作有:1.利用反旋波近似的方法求解單光子交換過程的Rabi模型。先對(duì)系統(tǒng)的哈密頓進(jìn)行兩次幺正變換,變換過程中引入反旋波項(xiàng),并利用對(duì)雙曲正弦和雙曲余弦取高階近似,最后得到與旋波近似方法下類似結(jié)構(gòu)的哈密頓形式。通過求解哈密頓本征值,得到了體系基態(tài)以及若干激發(fā)態(tài)的能級(jí)結(jié)構(gòu)。2.求解雙光子交換過程的量子Rabi模型。首先利用反旋波近似的方法,在變換的過程中保留反旋波項(xiàng);然后,通過選擇合適的變換參量,將哈密頓矩陣對(duì)角化。最終實(shí)現(xiàn)體系哈密頓的解析求解,得到體系能譜。本論文致力于量子比特與量子化光場(chǎng)強(qiáng)相互作用體系哈密頓的求解,所得到的體系能譜對(duì)于了解量子Rabi模型的結(jié)構(gòu)和對(duì)稱信息是十分重要的,進(jìn)一步為量子比特--光場(chǎng)超強(qiáng)耦合實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇提供理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O431.2
【部分圖文】：

圖 1-1 量子計(jì)算機(jī)的工作原理圖[3]圖 1-2 量子邏輯門與經(jīng)典邏輯門的比較圖[3]子邏輯門是量子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的核心部分，量子計(jì)算機(jī)根據(jù)運(yùn)算的需同的幺正變換，而與傳統(tǒng)算計(jì)機(jī)邏輯門變換不同的是幺正變換是可逆表 1-2 量子計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)邏輯門對(duì)比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī) 量子計(jì)算機(jī)高。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過程中主經(jīng)典邏輯門，因?yàn)榻?jīng)典邏輯門具1.低能耗。量子計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過程要通過量子邏輯門實(shí)現(xiàn)幺正變換，

圖 1-2 量子邏輯門與經(jīng)典邏輯門的比較圖[3]量子邏輯門是量子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的核心部分，量子計(jì)算機(jī)根據(jù)運(yùn)算的需求不同的幺正變換，而與傳統(tǒng)算計(jì)機(jī)邏輯門變換不同的是幺正變換是可逆的。表 1-2 量子計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)邏輯門對(duì)比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī) 量子計(jì)算機(jī)耗高。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過程中主過經(jīng)典邏輯門，因?yàn)榻?jīng)典邏輯門具可逆門，會(huì)使系統(tǒng)損失電子比特，增加了能量的損耗。1.低能耗。量子計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過程中主要通過量子邏輯門實(shí)現(xiàn)幺正變換，在變換的過程中都是可逆的，極大地降低了比特的損失進(jìn)而降低了能量的損耗。行速度一般。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)電子比特處于 0 態(tài)還有 1 態(tài)，伴隨著電子比量的增加運(yùn)行速度以線性倍增加。2.運(yùn)行速度快。量子計(jì)算機(jī)由于不僅可以處于 0 態(tài)還有 1 態(tài)，還可以處于他們的疊加態(tài)這一特性，伴隨著量子比特?cái)?shù)量的增加運(yùn)行速度以指數(shù)倍增加，并且可以同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算。例如一臺(tái) 40 位的量子計(jì)算機(jī)，運(yùn)行 1 秒相當(dāng)于一臺(tái) 102

個(gè)處于量子態(tài)的量子比特放在 X 方向的磁場(chǎng)中 時(shí)，碳原子的核自旋在 X-0-Y 平面中分別對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)將體系繞 X 軸轉(zhuǎn)動(dòng)2 ，根據(jù)氫原子核自旋處于于不同的態(tài)，從而完成兩比特控制非門。比特計(jì)算機(jī)是由一些單、雙量子比特的門組成量子邏輯門比如旋轉(zhuǎn)門、或門等等進(jìn)行組合，算機(jī)還處于研究階段，近幾年各個(gè)國家都增大些大的企業(yè)比如蘋果、微軟、谷歌、百度等也關(guān)于量子計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)探究，核磁共振方案相導(dǎo)材料等方案更加成熟，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)十幾個(gè)比特研究水平雖距歐美國家還有一定差距但也在逐一個(gè) 17 位量子比特芯片。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 劉超;梁麗;徐亮;;計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)分析[J];產(chǎn)業(yè)與科技論壇;2013年02期

本文編號(hào)：2825564