發(fā)布時(shí)間：2021-09-27 18:58

　　量子計(jì)算作為量子信息最重要的應(yīng)用方向之一,其目的在于利用量子理論研制量子計(jì)算機(jī)。量子邏輯門的物理實(shí)現(xiàn)是量子計(jì)算和量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵,因此尋找合適的物理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)量子邏輯門的意義十分重大。腔QED（quantum electrodynamics）方案是最有前景的量子硬件方案之一,它的主要思想是將俘獲的原子約束在高品質(zhì)腔中,把原子很好地與外界環(huán)境隔離開來,使得它們有較長的相干時(shí)間;原子之間的相互作用可以通過公共的量子比特（qubit ）腔�；蚣w振動(dòng)模來實(shí)現(xiàn)。另一方面,為了實(shí)現(xiàn)通用的量子計(jì)算,多比特量子邏輯門必不可少。雖然通過兩比特控制非（C-NOT）門和單比特量子門組合可以實(shí)現(xiàn)多比特邏輯門,但是這需要大量的物理門步驟和輔助的比特,導(dǎo)致不必要的物理操作復(fù)雜度,浪費(fèi)不少的量子資源。為了降低物理操作的難度,直接操控多比特量子門引起了大家廣泛的關(guān)注。因此,本論文把基于腔QED的多比特量子邏輯門的實(shí)現(xiàn)作為研究的主要課題,主要工作包括:1.在標(biāo)準(zhǔn)的J-C（Jaynes-Cummings）模型下,基于全量子理論分析輻射場與二能級原子相互作用。采用幺正時(shí)間演化算符法,通過薛定諤方程求出演化矩陣,調(diào)整光場的... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

基于腔量子電動(dòng)力學(xué)的通用量子邏輯門的實(shí)驗(yàn)方案

[62]。原因基于兩點(diǎn)：(i)光子是用來快速和穩(wěn)定的遠(yuǎn)距離通信的理是很好的量子信息存儲(chǔ)和處理的存儲(chǔ)器。因此，綜合光子和原計(jì)算來說是十分有利的。(ii)囚禁在高品質(zhì)腔中的原子具有很長這些優(yōu)勢，在腔 QED 中致力于制備糾纏態(tài)和腔場的非經(jīng)典態(tài)的道[63-66]。例如：兩原子的 Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)態(tài)[63]，三粒子的(兩個(gè)原子加一個(gè)腔模)Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ福克態(tài)[66]。，可以用來進(jìn)行腔 QED 研究的物理系統(tǒng)多種多樣。從工作的頻可以分成微波腔(頻率處于微波段)和光波腔(頻率工作在光波段[57]如圖 1.2 所示，原子由熱源(O)上發(fā)射，在 CB 上被制備到 R再通過一個(gè)超導(dǎo)腔(C)。在 D 上通過場電離作用后，對原子的態(tài)內(nèi)動(dòng)力學(xué)演化進(jìn)行反推。如果要對腔內(nèi)的原子態(tài)直接進(jìn)行操縱Sc)的經(jīng)典驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。里德堡原子由磁光阱掉進(jìn)一個(gè)由介質(zhì)反-泊羅腔。對腔內(nèi)動(dòng)力學(xué)演化的推測可以由高效率的測量來實(shí)現(xiàn)外差測量和光子計(jì)數(shù)等手段。

目前光學(xué)腔[58]主要有三大類:法布里-泊羅腔(Fabry-Ferot)，回音壁模式ispering Gallery Mode Cavity)和光子晶體腔(Photonic Crystals)。傳統(tǒng)的 F-P取得了諸多進(jìn)展，但是也面臨諸多困難，比如其品質(zhì)因子很難進(jìn)一步提高之間的可連接性較差。雖然在光學(xué)腔 QED 實(shí)驗(yàn)已取得了強(qiáng)耦合，但人們還地努力去實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的耦合。而強(qiáng)耦合要求原子和腔模的耦合率要大于任何散率或消相干率，包括原子的自發(fā)輻射和光子在腔場中的衰減率。這樣就腔的體積必須很小。因此，微腔主要是朝著更高品質(zhì)因數(shù)和更小的模式體發(fā)展，許多理論方案也正是需要以強(qiáng)耦合為基礎(chǔ)才能實(shí)現(xiàn)。而回音壁模式往往具有極高的品質(zhì)因子和較低的模式體積，可以提供更強(qiáng)的原子-光場的互作用；此外回音壁模式腔制備工藝相對簡單，而且具有極好的可集成性回音壁模式微腔進(jìn)行強(qiáng)耦合物理和量子信息的研究，已經(jīng)逐步成為了一個(gè)點(diǎn)。圖 1.3 的參數(shù)分別給出了這三種腔的對比情況。我們堅(jiān)信，隨著制作技展和理論上的進(jìn)一步豐富，光學(xué)腔在量子信息領(lǐng)域和其它領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來的作用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]輻射場與二能級原子相互作用的量子邏輯功能[J]. 張登玉,唐世清,謝利軍,高峰.  衡陽師范學(xué)院學(xué)報(bào). 2007(06)
[2]消除簡并雙光子過程中二能級原子的消相干性[J]. 張登玉.  物理學(xué)報(bào). 2002(03)
[3]量子算法與量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)[J]. 趙志,馮芒,詹明生.  物理學(xué)進(jìn)展. 2001(02)
[4]量子信息講座第一講 量子計(jì)算機(jī)[J]. 段路明,郭光燦.  物理. 1998(01)
[5]構(gòu)造Fredkin量子門的一種簡易方法[J]. 張登玉,詹明生.  物理學(xué)報(bào). 1997(12)

博士論文
[1]固態(tài)光學(xué)腔量子電動(dòng)力學(xué)—原理與實(shí)現(xiàn)[D]. 肖云峰.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007
[2]基于腔QED的量子態(tài)制備和量子信息處理[D]. 疏靜.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007
[3]量子相位門的腔QED方案實(shí)現(xiàn)研究[D]. 蔡建武.湖南師范大學(xué) 2007

碩士論文
[1]基于腔QED的量子計(jì)算和量子通訊[D]. 林功偉.福建師范大學(xué) 2008
[2]電磁輻射場中量子位的消相干特性研究[D]. 唐志祥.湘潭大學(xué) 2004



本文編號：3410457