基于交叉克尔非线性效应的量子比特逻辑门的研究

发布时间：2020-06-02 21:51

【摘要】：量子信息学作为一门新兴学科,是在传统的信息学和量子物理学的基础上发展而来。人们处理信息的主要工具是计算机,传统的计算机无论是计算能力还是计算速度都逐渐满足不了人们的需求,而将量子信息技术的思想引入计算机设计中,取代传统的信息处理思想恰好可以解决这一难题。和传统计算机相比,量子计算机强大的计算能力来源于它的量子逻辑门。到目前为止,人们已经尝试过用不同的物理系统去实现量子逻辑门,发展较为成熟的是用光学系统去实现量子逻辑门。光作为信息的载体,不仅存储容量大,而且能够保证信息的安全,但光子之间很难发生相互作用,因此用光学系统实现量子逻辑门的想法多数都还停留在理论阶段。本文选择用光学系统来实现量子逻辑门,利用介质的克尔非线性效应解决光子之间难以发生相互作用的问题。第二章中对相关的光学元件的工作原理以及克尔介质的作用原理作了详细地介绍,并在后面的章节给出了我们设计地两个实现量子比特逻辑门的方案。(1)实现双量子比特受控非门:光子信号通过具有弱交叉克尔非线性效应的介质后将会产生相移角,利用零差检测的方法可以将具有不同相移角的相干态区分开。这种方法可以很好的提高判断地准确率。(2)实现三量子比特逻辑门:利用同样的原理,我们提出一个实现三量子比特受控与非门的方案,经过改进,这个方案实现的三量子比特逻辑门是一个近乎确定的逻辑门。而且实现这个方案所需要的光学元器件较少,这给方案的实践带来了很大的便利。虽然本文中的两个设计方案都是理论上的,但是在现有的技术水平下是可以实践的。光子之间的相互作用可以通过介质的克尔交叉非线性效应来完成,承载信息的光是线偏正光,到目前为止,量子比特编码在线偏正光的技术已经非常的成熟。所以论文中给出的实现量子逻辑门的方案是具有实际意义的。
【图文】：

厚度为 d，光信号经 0 0 n n d c的传播速度和折射率。 ina和输出 outa 之间的关系 out ina Pa P量来表示移相器作用：0 in inn nH a an ，光子数的演化为:inP N e N 子数有关，随光子数的增

输入光的作用，先定义两个参数 足2R cos 以及2T sin 。 表S 的功能可以用下式描述: cos siniin out outa a b ie sin cosiin out outb a ie b 号的作用，表示为:[43]i i BS in in in inH e a b e a b 可以通过改变参数 制造不同的分见的 50∶50 分束器，，它的4 出去。
【学位授予单位】：江西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP38;O413.1

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本文编号：2693821