Λ型三能级量子系统特性及应用研究

发布时间：2020-08-22 15:05

【摘要】：虽然现在传统电子计算设备的计算能力每年仍在不断提升,但在摩尔定律下每十八个月计算机晶体管密集程度翻一番,计算速度也随之翻一番的预期,已经越来越难以实现。而近几十年以来,量子计算机和量子信息学的快速发展,为信息时代打开了一扇崭新的大门,受到了世界各国、各机构的高度关注。在物理上实现量子计算机与量子信息的关键在于寻找一个合适的物理系统作为支撑,并在这一物理系统下要求能够实现各种的量子逻辑门。腔量子电动力学方案作为一种较为合适的物理系统,其主要思想是将原子束缚在高品质的腔中,并将量子信息编码在原子的能态上,光腔则用于量子信息的传输。因此本文主要研究了一个基于Λ型三能级原子与一个双模腔场所构成系统的动力学特性,以及在此系统下对实现量子逻辑门方法的探究。本文主要内容包括:第一章简要阐述量子计算机的发展,以及对量子计算机的基本概念和基本理论知识进行简单的介绍。第二章研究了由一个Λ型三能级原子和一个双模腔场构成的量子系统,在仅考虑1个激发态的情况下,通过对原子、腔模1、腔模2被激发概率的计算,以及对原子冯诺依曼熵的计算,直观的体现出了这个系统量子态之间相互作用变换的过程。讨论了原子与腔模的耦合强度和失谐系数变化对系统的纠缠动力学特性的影响,并探讨了原子熵随时间演化的周期性问题,其耦合系数影响着原子纠缠度的变换频率,呈现出正相关性,而影响原子纠缠度大小的则是失谐系数,呈现出负相关性。第三章通过构建单个Λ型三能级原子和两个超导谐振器之间相互耦合的模型;给出了实现控制Z门(Controlled-Z)的四种操作方案和实现交换门(Swap)的两种操作方案;同时对实现控制Z门的第一种操作方案进行了保真度的数值模拟仿真。结果表明:通过20.83ns的运行时间,其保真度为96.67%,而衰减率、弛豫速率和移相比率的增加会降低系统的保真度,而耦合强度的增加会减少系统的运行时间,从而减小衰减参数的影响,提高系统的保真度。第四章对本论文的研究工作进行总结和展望。
【学位授予单位】：吉首大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP38
【图文】：

布洛赫,可视化,量子逻辑门,幺正变换

第 1 章绪论改变。被称之为相位移动操作，其作用是通过幺正变换的符号翻转成 1。ate 有时被描述成非门的平方根门，其作用是将( )0 + 1 / 2态上，同样也将 1 态变换到 0 态和，Hadamard Gate 是量子逻辑门中最常用的逻辑时，利用布洛赫球对 Hadamard Gate 的操作描述

对比图,失谐,原子,概率

分别对比图2.2、2.3（a）、（b）和（c）的右图，也就是在耦合系数相等的情况下，发现原子处于激发态的振幅会随着失谐系数的增加而减小；同样对比图 2.2、图 2.3 的右图，在小失谐的情况下，激发态同样为六个周期的时间分别为 2、0.4、0.2，而在大

对比图,大失谐,原子,概率

第 2 章 Λ型三能级原子与一个双模腔场的纠缠动力学特性失谐的情况下六个周期的时间则分别为 0.5、0.35、0.2，其周期的变化范围明显减小；这表明随着失谐系数的不断增大，耦合系数对激发态振幅影响将越加明显，对激发态周期的影响则越不明显，这是由于大失谐的存在，使得原子与腔模将发生非共振相互作用。对比图 2.2（a）和图 2.3（a），在相同的耦合系数下，失谐量变大，处于基态 1 、 2 的演化周期明显增加，呈正相关；对比图 2.3 的左图，在大失谐情况下，其基态、的演化周期随着耦合系数的增大而演化周期随之减小，呈负相关。

【参考文献】