腔QED中双原子纠缠的耗散制备研究

发布时间：2020-06-28 03:50

【摘要】：量子信息是在量子光学的发展过程中产生的一个特别重要的学科。量子信息领域的主要方向为:量子通信,量子计算,量子雷达,量子博弈等。由于目前量子信息领域正在以突飞猛进的速度发展,如何有效地制备量子纠缠态,如Bell态,W态,GHZ态,成为值得我们仔细研究的一项艰巨但有吸引力的任务。作为量子信息中地位尤为重要的量子纠缠态之一,贝尔态(Bell states)是众多科学研究人员主要的研究对象以及方案的实现载体。本文中,我们所研究的主要内容为量子通信中的纠缠态的耗散制备的方案的设计。腔量子电动力学(腔QED)系统中的噪声有:原子自发辐射,腔模泄露等主要耗散因素,这些都是研究者们设计方案时需要认真考虑的。由于基于传统的幺正动力学过程制备量子纠缠态的方案无法避免这些系统固有的耗散因素,因此,传统的方案有保真度低,制备出的纠缠态容易受到环境所导致的退相干的影响等缺点,所以这种传统的方法有待进一步改进。本文中,我们所考虑的是如何将耗散过程加以利用,进而设计出基于两个相同的Λ形三能级原子以较大保真度来耗散制备原子纠缠态的理论方案。物理原理是,我们将原本有害的原子自发辐射耗散、腔模泄露耗散,通过耗散动力学过程转化为有利因素,进而有效提升了保真度的最大值。本文主要内容包含:该课题的国内外研究现状分析,原子与环境相互作用的具体描述,腔QED中双原子纠缠的耗散制备的广义模型研究以及在此基础上利用腔模驱动和激光场驱动实现的对贝尔态的耗散制备研究;有效算符的来源和具体应用分析以及腔QED中双Lambda形三能级原子贝尔态的耗散制备研究。并对这两种方案进行不同参数的大小对布居数的影响分析以及光子数的动态变化分析。我们通过耗散动力学过程所制备的原子纠缠态——贝尔态,具有保真度大,制备时间短,不易受环境影响的优点。并且本文中所提出的实验方案在实际的实验中是可以实现的,当方案中的参数来源于当前的实验时,所给出的保真度仍然可以取得比较高的一个数值。该方案为量子信息领域中如何有效进行纠缠态制备提供了一个新的、有着本质不同的思路。由于方案的简便性,该方案也适合在实际操作(如冷原子系统,以及固态量子设备等实验平台)中加以实现。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O431.2
【图文】：

量子论,量子光学,当代科学,微观领域

哈尔滨工业大学理学硕士学位论文第 1 章绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义人类作为大自然中最富有智慧的生物，在对客观世界探索以及与其相处的过程中，逐渐形成自己对大自然的认识，从遥远的“地心说”， “日心说”和“以太论”到现在的“万有引力”，“相对论”和“量子论”。这种从宏观到微观的对事物的认识过程是一个不断细致和深入的过程。在人类的历史长河中，曾经发生过无数个闪耀生辉的事件，这些事件都在不同程度上对人类发展产生深远的影响。如果有一台时光穿梭机的话，那么任何一位物理学者都可能会选择回到 1927 年比利时首都布鲁塞尔举办的第五届索尔维会议。该会议聚集了当时物理学界最权威的人士，被认为是物理学界的梦之队。正是由于爱因斯坦与波尔两大学派对量子理论的根本问题的激烈争论，量子理论才得到极大的关注与发展，这便是量子物理发展的一个标志性时间。有了量子力学，才有了后面的量子场论、量子光学、以及量子信息等。

量子态,粒子,原子,自旋

图 1-2 发生纠缠的两个原子说，如图 1-2 所示，将发生纠缠的两个粒子（系统的量子态 ( 1 0 + 0 1 )， 1 表示自旋向上， 0 表示自旋）分别放置对 a 粒子进行测量结果如果为 1 ，那么 b 粒子的状态会瞬间行测量的结果如果为 0 ，那么 b 粒子的状态会瞬间塌缩为需要时间，我们甚至可以说它的传播速度快于光速。量子经对这种现象做过一个类比：不论父亲跟女儿的距离相聚

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