量子計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算機。量子邏輯門的物理實現(xiàn)是量子計算和量子計算機的關(guān)鍵,因此尋找合適的物理系統(tǒng)來實現(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振動模來實現(xiàn)。另一方面,為了實現(xiàn)通用的量子計算,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現(xiàn)作為研究的主要課題,主要工作包括:1.在標準的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】：湘潭大學湖南省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

基于腔量子電動力學的通用量子邏輯門的實驗方案

[62]。原因基于兩點：(i)光子是用來快速和穩(wěn)定的遠距離通信的理是很好的量子信息存儲和處理的存儲器。因此，綜合光子和原計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(兩個原子加一個腔模)Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ�？藨B(tài)[66]。，可以用來進行腔 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)動力學演化進行反推。如果要對腔內(nèi)的原子態(tài)直接進行操縱Sc)的經(jīng)典驅(qū)動來實現(xiàn)。里德堡原子由磁光阱掉進一個由介質(zhì)反-泊羅腔。對腔內(nèi)動力學演化的推測可以由高效率的測量來實現(xiàn)外差測量和光子計數(shù)等手段。

目前光學腔[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取得了諸多進展，但是也面臨諸多困難，比如其品質(zhì)因子很難進一步提高之間的可連接性較差。雖然在光學腔 QED 實驗已取得了強耦合，但人們還地努力去實現(xiàn)更強的耦合。而強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耦合為基礎(chǔ)才能實現(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行強耦合物理和量子信息的研究，已經(jīng)逐步成為了一個點。圖 1.3 的參數(shù)分別給出了這三種腔的對比情況。我們堅信，隨著制作技展和理論上的進一步豐富，光學腔在量子信息領(lǐng)域和其它領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來的作用。

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]量子算法與量子計算實驗[J]. 趙志,馮芒,詹明生.  物理學進展. 2001(02)
[4]量子信息講座第一講 量子計算機[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.  物理學報. 1997(12)

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

碩士論文
[1]基于腔QED的量子計算和量子通訊[D]. 林功偉.福建師范大學 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 2004



本文編號：3410457