耗散耦合腔中制备Bell态

发布时间：2020-05-19 07:34

【摘要】：纠缠态作为量子力学的主要特征之一,在物理学各个研究领域都引起了广泛的兴趣,比如量子计算、量子通信和量子相变等。然而在制备纠缠态的过程中,最大的障碍之一就是量子系统与其环境之间的相互作用所产生的耗散。耗散容易引发量子退相干效应,对量子信息处理任务产生不利影响,降低量子信息的保真度,这种影响在实际情况下是不可避免的。幸运地是,人们开始提出新的制备量子纠缠态的方案,这些方案的共同点是,将耗散做为一种资源来制备纠缠态,并在实验上得以实现。因此人们开始有效利用耗散作为资源来制备纠缠态,这称得上是量子信息计算领域一个巨大的突破。但是仅靠耗散并不能保证纠缠态的纯粹与稳定,因此人们开始采取纠缠纯化和反馈控制等其他手段来提高目标态的保真度。基于大量理论与实践,我们发现基于量子跃迁连续监测的马尔可夫反馈方案能够提高具有两个驱动和集体衰减的量子比特模型中的稳态纠缠。此后,人们开始大量利用量子反馈和耗散的组合方案来生成高保真度纠缠态。在这些方案中,纠缠态的保真度在一定程度上仍然会受到原子自发辐射的影响,另外,由于原子被放置在同一个光学腔内,对单个原子实施相应操作变得很不方便。为了克服这些问题,我们在量子跃迁反馈控制的基础上提出了我们的方案。我们在一对耦合腔中分别设置了两个Λ型原子,这样使得对原子实施操作更加方便。在整个过程中保持大失谐不变,从而绝热消除了原子的激发态,在一定程度上抑制了原子自发辐射对目标态保真度的影响。最终,该系统可以稳定在目标态下,并且不需要精确控制演化时间。与以往的方法相比,在制备单态的基础上,我们通过改变第二个原子的经典场的相对相位可以获得另外三种贝尔态,对原子实施操作也更加方便,也更有效地减小了原子自发辐射对纠缠态保真度的影响。并且我们还用具体的实验参数对相关参数进行了综合分析,并确认了基于量子跃迁的马尔可夫反馈控制在制备高保真度纠缠态方案中的重要性。
【图文】：

模型图,光学腔,双原子,模型图

图 2.2.1 双原子与耗散光学腔的模型图。两个全同的二能级原子被置于同一耗散腔中，每子都包含一个基态| 和一个激发态| ，腔的衰减频率为，原子的自发辐射频率分别为 = ，且该系统只有量子场与原子产生相互作用，耦合系数为。如图 2.2.1 所示，则该系统的哈密顿量为 = + H.c.，其中（）是光子湮灭生）算符， = + ， = + ， = | |和 = | |分别是原子的下上升算符。我们可以用以下主方程来描述该系统：= [ , ] + [ ] + [ ] + [ ] ， (2.2.1， [ ]=(2 )/2。该系统的密度矩阵算符在光子数表象中可以表示成如下形式[82]：= ∑,| |， (2.2.2 是密度矩阵中的矩阵元。在腔模衰减较大的情况下，可以忽略光子高激发态。就意味着腔大多情况下是处于真空态和单光子态，因此密度矩阵可以近似地用低光条件表示，即

物理模型,量子场,二能级原子,衰减速率

为文章所用到的物理模型。二能级原子的基态为| ，激发态为| ，，由有光学腔的量子场作用外，还由一个拉比频率为的激光场驱动。两别为1γ 和2γ ，光学腔的衰减系数为。1 所示，两个全同的二能级原子被置于同一单模腔中，每个原子个基态| ，原子在| | 之间的跃迁，不仅受到量子场驱动被 Rabi 频率为的经典场驱动。光电探测器 D 通过捕获光腔泄然后通过对其中一个原子实施反馈(反馈控制算符fb)操作，为系供了输入信号，以达到制备纠缠态的目的。另外，在此装置中，为和，腔模的衰减速率为，当足够大时，可以用以下主= Ω[( + ), ] + Γ [ ] + [ ] + [ ] ，体驱动的 Rabi 频率，Γ = 是原子和腔的整体衰减速率，而
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O413.1

【相似文献】