本文選題：糾纏態(tài)　切入點：腔QED系統　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：量子糾纏態(tài)是量子物理獨有的特性,它由量子力學理論預言并被實驗證實。量子糾纏不但可以用于量子信息處理,還可以用于檢驗量子力學基本原理,使人們更加深刻的了解量子世界。因此有效制備、操控糾纏態(tài)對量子信息是極為關鍵的。然而在實際情況下,環(huán)境跟系統的耦合是無法有效避免的、是必然的。這些不必要耦合會引起消相干。在腔量子電動力學系統(腔QED)中,典型的誘導系統消相干的因素包括腔模泄漏過程、原子自發(fā)輻射過程等耗散過程。跟傳統觀點不同,最近一些研究表明腔QED中的耗散過程可以用來制備糾纏態(tài),這就是所謂的耗散動力學。本文中,我們主要研究利用腔QED系統中的多個耗散過程來制備原子糾纏,希望能為相關實驗提供一定的理論參考。在兩個Λ 型原子跟光學腔模耦合的QED系統中,我們提出一個同時利用原子自發(fā)輻射過程和腔模泄漏過程制備原子糾纏的方案。利用綴飾態(tài)基矢重新展開哈密頓以后,我們可以更加清晰地了解整個系統的動力學過程,從而選取合適的系統參數來將非目標態(tài)激發(fā)至激發(fā)態(tài)子空間中的綴飾態(tài),進一步通過耗散過程轉化為目標態(tài)。與傳統的幺正動力學方案相比,我們的方案除了將有害的耗散過程變?yōu)楸夭豢缮俚馁Y源以外,還有不需要指定初態(tài)、不需要嚴格控制演化時間的特點。在耦合雙模腔系統中,我們提出利用多能級原子的自發(fā)輻射過程和雙模腔的腔模泄漏過程制備三維糾纏的方案。方案利用的是有效算符方法,使用該方法的前提條件是弱激發(fā)。利用該方法后,系統的激發(fā)態(tài)被絕熱消除,可以清晰地得出有效哈密頓和有效耗散過程對系統的作用和影響。在此基礎上通過合適的選取參數來增強或減弱某些耗散過程的影響,進而使目標態(tài)成為系統的唯一穩(wěn)態(tài)。為了便于了解每個耗散過程的作用,我們分別考慮自發(fā)輻射過程和腔模泄漏過程。結果表明,僅利用腔模泄漏時的方案沒有僅利用自發(fā)輻射過程的方案性能好。為了改善這種情況,我們利用反饋控制的方法來提高方案的保真度。由于僅利用自發(fā)輻射過程跟僅利用腔模泄漏過程時方案的參數條件相同,我們可以同時利用二者制備三維糾纏態(tài)。跟在相似系統中利用幺正動力學的方案相比,我們的方案不需要指定初態(tài)和嚴格控制演化時間,另外數值模擬也表明方案保真度較高。里德伯原子之間的遠距離相互作用常常會造成能級移位,進而形成阻塞機制。目前利用里德伯阻塞機制進行量子信息處理的相關研究非常常見。最近有研究表明,通過合適的調整經典場與原子耦合的失諧量可以實現反里德伯阻塞機制,其原理是利用失諧量來補償里德伯相互作用強度。利用該機制,我們可以實現基態(tài)子空間中非目標態(tài)跟雙激發(fā)里德伯態(tài)之間的共振耦合。自發(fā)輻射過程可以將雙激發(fā)里德伯態(tài)衰減至單激發(fā)子空間進而衰減至基態(tài)子空間。在微波場和經典場的作用下,非目標態(tài)會進一步被泵浦直至實現目標態(tài)。此外,利用類似的物理思想,方案可以被拓展到三維糾纏情況。理論上的數值模擬表明,方案的保真度較為理想,此外方案對參數波動也具有一定魯棒性。在腔 光纖 腔系統中,我們提出利用耗散過程制備分布式糾纏的方案。為了方便研究,我們在綴飾態(tài)表象下展開工作。綴飾態(tài)由原子和腔模相互作用的本征矢來充當。我們首先找到能夠通過原子自發(fā)輻射、腔模泄漏、光纖模泄漏過程衰減至目標糾纏態(tài)的單激發(fā)子空間中的綴飾態(tài)。然后選擇相關參數使該綴飾態(tài)跟基態(tài)子空間中的非目標態(tài)共振耦合。同時設計微波場使目標態(tài)為其暗態(tài),而非目標態(tài)可以在其作用下相互轉化。這樣一來,無論初態(tài)是哪個態(tài),都可以直接或間接跟選定好的單激發(fā)子空間綴飾態(tài)共振相互作用,進而通過耗散過程轉化為目標態(tài)。由于分布式糾纏是很多遠程量子信息處理的關鍵資源,本方案的研究對于遠程量子信息任務提供了可選擇的理論方案。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O413

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本文編號：1649567