利用Rydberg原子产生三维纠缠和量子交换门的研究

发布时间：2021-09-01 08:34

　　Rydberg原子是主量子数特别大的高激发态的中性原子。它的存活时间较长,而且半径很大,此外,电偶极矩强,还具有其他中性原子不具备的一些特性。Rydberg原子偶极偶极相互作用还能够激发一种Rydberg态的阻塞效应。这种阻塞效应是指,在微米的量级里,能够激发到主量子数很大Rydberg态上的原子最多仅有一个。这种阻塞效应是很多量子操控方案的理论基础。Rydberg原子之间的相互作用强度的变化区间非常大,所以物理上可以灵活的调节Rydberg原子之间相互作用强度的大小,用来实现各种高保真度的量子门的操作和制备不同的纠缠态。当满足Rydberg相互作用强度,原子跃迁频率与驱动激光器频率失谐之间的一定关系,原子也可以对Rydberg态激发,这导致了所谓的Rydberg反阻塞。本文主要研究一种在两个Rydberg原子之间产生三维纠缠的方案,即施加两个激光场来驱动每个原子的两个跃迁。根据Rydberg原子的阻塞与反阻塞性质,提出了一种在两个Rydberg原子之间产生三维纠缠的方案。通过引入失谐补偿来抵消斯塔克移位,从而产生一个有效的谐振三能级系统。首先,计算了四个三维纠缠态,对涉及|00>... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：51 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

实现了三个量子比特的控制相位门可以由两个非控制门和四个阿达玛门构成

哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-4-步骤(3)在Rydberg原子1上应用π脉冲1，并设置=。虽然单控制多目标量子位的量子逻辑门在量子信息领域有着独特的应用，但发现所研究的量子逻辑门与通用量子逻辑门之间的关系也很有趣。在图1-2中，以三量子位的情况为例，揭示了通用的托夫利门(左边)和构造的逻辑门(右边的点虚线框架)之间的关系。这个方案很容易扩展到n比特的例子中。该方案的一个特点是所需的总操作时间不随量子比特数的增加而增加。有两个因素影响该方案的性能。一个是阻塞误差，另一个是自发辐射引起的损耗。阻塞误差应从两个方面考虑。首先，如果控制和部分或全部目标原子最初处于1状态，VRr的强度应足以阻断目标Rydberg原子，使其被激发为r。第二，如果控制原子最初处于0状态，并且部分或全部目标原子最初处于1状态，则RRI强度Vrr应该足够弱，以允许目标原子的集体激发。Rydberg不对称相互作用已被使用和研究，基于单一动力学，通过阻塞制度用来有效地实现多粒子纠缠，Carr和Saff人通过基于耗散的反锁体制，并由Brion等人构建三比特Toffoli门。由于偶极-偶极相互作用强度VRR近似于n4/3和VDW相互作用强度Vrr近似于n11/6，其中N和分别表示Rydberg原子之间的主量子数和距离，强不对称Rydberg相互作用很容易通过选择足够大的和足够小的n图1-2(a)一个控制和多个目标量子位的控制相位门的原理图。(b)控制(1)与目标(k=2,3，…,n)原子[76]。

哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-5-来满足，其下限由黑体有限的自发辐射寿命τ~n2来缩放。更具体地说，人们可以从图1-4中获得计算出的阻塞强度。这表明，由于VRr至少比Vrr大150倍，Rydberg的不对称切割可以很好地实现。具体来说，如果分子轴的角度在30°左右，则VRr将比Vrr大1000倍。也就是说，如果选择VRr=[100，400]×Vrr是合理的。为了更准确地估计量子控制相位门的性能，应该使用平均保真度，而不是从一组特定的初始状态和相应的最终状态得到的保真度。使用两种方法来测量平均保真度。第一个是由Nielsen和White等人给出的。第二种方法是计算与几组随机初始状态相对应的拟合均值给出的。图1-3构造的量子逻辑门(在右边，点虚线框架)和通用量子托夫利门(在左边)之间的关系[76]图1-4阻塞强度[76]


本文编号：3376648