【摘要】：量子信息科學(xué)誕生于二十世紀(jì)八十年代,是一門利用量子力學(xué)原理來處理信息問題的交叉學(xué)科。其中包含很多的研究方向,主要的有量子計算、量子通信、量子度量學(xué)等。由于量子力學(xué)有著諸多不同于經(jīng)典力學(xué)的性質(zhì),如量子態(tài)的疊加性和相干性等,導(dǎo)致人們在量子信息研究中發(fā)現(xiàn)了很多不同于經(jīng)典信息科學(xué)的現(xiàn)象如非局域性、量子糾纏等。也正是由于這些非經(jīng)典性質(zhì)的存在,使得量子信息科學(xué)在很多方面都表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢,如在進行大量而快速的信息存儲、計算和傳輸?shù)确矫娑急冉?jīng)典信息強大很多；量子態(tài)的疊加性使得量子計算有著強大的并行處理能力,因此它的計算速度是經(jīng)典計算所不能比擬的；由于量子態(tài)不可克隆和量子糾纏的存在,通過量子密碼和量子通信能實現(xiàn)絕對安全的長程信息傳輸；量子度量學(xué)則能使測量的精度大幅提升,以至于突破經(jīng)典物理所能達到的極限——標(biāo)準(zhǔn)量子極限,直至逼近量子力學(xué)極限——海森堡極限。 在這篇論文中,第一章我們介紹了量子信息的一些基礎(chǔ)理論和之前提到的幾個研究領(lǐng)域包括量子計算、量子通信和量子度量學(xué),其中重點介紹了在提高測量精度方面有著重要應(yīng)用的自旋壓縮的知識,其中雙軸自旋壓縮態(tài)因能接近于海森堡噪聲極限而更受青睞。超導(dǎo)電路系統(tǒng)作為未來實現(xiàn)量子計算最有前途的物理方案之一,也常被用來研究一些在量子信息領(lǐng)域有重要應(yīng)用的非經(jīng)典現(xiàn)象如雙光子激光等,在第二章中我們對其基礎(chǔ)理論進行了介紹,包括約瑟夫森效應(yīng)、超導(dǎo)量子比特、超導(dǎo)傳輸線腔以及它們之間的相互作用。圍繞這些體系和非經(jīng)典特性,我們展開的研究具體如下： 1、將兩相互作用的超導(dǎo)磁通量子比特與超導(dǎo)傳輸線腔耦合,我們提出了一個能產(chǎn)生雙光子激光的理論方案。在不考慮耗散等非相干過程時,我們發(fā)現(xiàn),在一定的條件下,共振器的頻率能調(diào)節(jié)到與基態(tài)和最高激發(fā)態(tài)躍遷達到雙光子共振而中間的激發(fā)態(tài)遠離任何共振。進一步我們考慮系統(tǒng)的耗散并外加非相干泵浦,并研究了系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下的一些性質(zhì),如各能級布居數(shù)分布、光子的統(tǒng)計性質(zhì)、腔的輸出譜和壓縮性質(zhì)。通過對結(jié)果進行分析,我們發(fā)現(xiàn)布居數(shù)反轉(zhuǎn)是由相干耦合、非相干泵浦以及系統(tǒng)的耗散之間的競爭來實現(xiàn)的,而且最高激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的雙光子過程占主導(dǎo)地位,此外在實驗所能達到的參數(shù)下滿足雙光子激光所期望的Fano因子F1,進而證實了在當(dāng)前的實驗技術(shù)下此系統(tǒng)能用來實現(xiàn)雙光子激光。 2、我們提出了一個在玻色-愛因斯坦凝聚體系中通過加連續(xù)驅(qū)動場將單軸自旋壓縮變成雙軸自旋壓縮的理論方案。通過調(diào)節(jié)驅(qū)動場的振幅和頻率,我們得到一個有效的雙軸扭曲哈密頓量,能實現(xiàn)自旋壓縮系數(shù)∝N-1,接近海森堡極限,其中N為原子數(shù)。與Y. C. Liu等人的方案[Phys. Rev. Lett.107,013601(2001)]相比,我們僅僅需要一個方向的連續(xù)驅(qū)動場就能實現(xiàn)此變換,而不是大量的脈沖序列,因此更利于實驗操作,是很有前途的。與L. M. Duan等人的方案[Phys. Rev. A87,051801(2013)]相比,我們的方案不依賴于系統(tǒng)的自旋粒子數(shù)而且達到最佳壓縮所需要的時間也相對較短。
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【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O413.1

【參考文獻】

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1 果果;;尋找你的誕生石(英文)[J];英語沙龍(初級版);2008年12期

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本文編號：2317714