基于腔QED的多比特量子逻辑门的实现
发布时间：2021-09-27 18:58
量子计算作为量子信息最重要的应用方向之一,其目的在于利用量子理论研制量子计算机。量子逻辑门的物理实现是量子计算和量子计算机的关键,因此寻找合适的物理系统来实现量子逻辑门的意义十分重大。腔QED（quantum electrodynamics）方案是最有前景的量子硬件方案之一,它的主要思想是将俘获的原子约束在高品质腔中,把原子很好地与外界环境隔离开来,使得它们有较长的相干时间;原子之间的相互作用可以通过公共的量子比特（qubit ）腔模或集体振动模来实现。另一方面,为了实现通用的量子计算,多比特量子逻辑门必不可少。虽然通过两比特控制非（C-NOT）门和单比特量子门组合可以实现多比特逻辑门,但是这需要大量的物理门步骤和辅助的比特,导致不必要的物理操作复杂度,浪费不少的量子资源。为了降低物理操作的难度,直接操控多比特量子门引起了大家广泛的关注。因此,本论文把基于腔QED的多比特量子逻辑门的实现作为研究的主要课题,主要工作包括:1.在标准的J-C（Jaynes-Cummings）模型下,基于全量子理论分析辐射场与二能级原子相互作用。采用幺正时间演化算符法,通过薛定谔方程求出演化矩阵,调整光场的...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于腔量子电动力学的通用量子逻辑门的实验方案
[62]。原因基于两点：(i)光子是用来快速和稳定的远距离通信的理是很好的量子信息存储和处理的存储器。因此，综合光子和原计算来说是十分有利的。(ii)囚禁在高品质腔中的原子具有很长这些优势，在腔 QED 中致力于制备纠缠态和腔场的非经典态的道[63-66]。例如：两原子的 Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)态[63]，三粒子的(两个原子加一个腔模)Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ福克态[66]。，可以用来进行腔 QED 研究的物理系统多种多样。从工作的频可以分成微波腔(频率处于微波段)和光波腔(频率工作在光波段[57]如图 1.2 所示，原子由热源(O)上发射，在 CB 上被制备到 R再通过一个超导腔(C)。在 D 上通过场电离作用后，对原子的态内动力学演化进行反推。如果要对腔内的原子态直接进行操纵Sc)的经典驱动来实现。里德堡原子由磁光阱掉进一个由介质反-泊罗腔。对腔内动力学演化的推测可以由高效率的测量来实现外差测量和光子计数等手段。
目前光学腔[58]主要有三大类:法布里-泊罗腔(Fabry-Ferot)，回音壁模式ispering Gallery Mode Cavity)和光子晶体腔(Photonic Crystals)。传统的 F-P取得了诸多进展，但是也面临诸多困难，比如其品质因子很难进一步提高之间的可连接性较差。虽然在光学腔 QED 实验已取得了强耦合，但人们还地努力去实现更强的耦合。而强耦合要求原子和腔模的耦合率要大于任何散率或消相干率，包括原子的自发辐射和光子在腔场中的衰减率。这样就腔的体积必须很小。因此，微腔主要是朝着更高品质因数和更小的模式体发展，许多理论方案也正是需要以强耦合为基础才能实现。而回音壁模式往往具有极高的品质因子和较低的模式体积，可以提供更强的原子-光场的互作用；此外回音壁模式腔制备工艺相对简单，而且具有极好的可集成性回音壁模式微腔进行强耦合物理和量子信息的研究，已经逐步成为了一个点。图 1.3 的参数分别给出了这三种腔的对比情况。我们坚信，随着制作技展和理论上的进一步丰富，光学腔在量子信息领域和其它领域将发挥越来的作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]辐射场与二能级原子相互作用的量子逻辑功能[J]. 张登玉,唐世清,谢利军,高峰. 衡阳师范学院学报. 2007(06)
[2]消除简并双光子过程中二能级原子的消相干性[J]. 张登玉. 物理学报. 2002(03)
[3]量子算法与量子计算实验[J]. 赵志,冯芒,詹明生. 物理学进展. 2001(02)
[4]量子信息讲座第一讲 量子计算机[J]. 段路明,郭光灿. 物理. 1998(01)
[5]构造Fredkin量子门的一种简易方法[J]. 张登玉,詹明生. 物理学报. 1997(12)
博士论文
[1]固态光学腔量子电动力学—原理与实现[D]. 肖云峰.中国科学技术大学 2007
[2]基于腔QED的量子态制备和量子信息处理[D]. 疏静.中国科学技术大学 2007
[3]量子相位门的腔QED方案实现研究[D]. 蔡建武.湖南师范大学 2007
硕士论文
[1]基于腔QED的量子计算和量子通讯[D]. 林功伟.福建师范大学 2008
[2]电磁辐射场中量子位的消相干特性研究[D]. 唐志祥.湘潭大学 2004
本文编号：3410457
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于腔量子电动力学的通用量子逻辑门的实验方案
[62]。原因基于两点：(i)光子是用来快速和稳定的远距离通信的理是很好的量子信息存储和处理的存储器。因此，综合光子和原计算来说是十分有利的。(ii)囚禁在高品质腔中的原子具有很长这些优势，在腔 QED 中致力于制备纠缠态和腔场的非经典态的道[63-66]。例如：两原子的 Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)态[63]，三粒子的(两个原子加一个腔模)Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ福克态[66]。，可以用来进行腔 QED 研究的物理系统多种多样。从工作的频可以分成微波腔(频率处于微波段)和光波腔(频率工作在光波段[57]如图 1.2 所示，原子由热源(O)上发射，在 CB 上被制备到 R再通过一个超导腔(C)。在 D 上通过场电离作用后，对原子的态内动力学演化进行反推。如果要对腔内的原子态直接进行操纵Sc)的经典驱动来实现。里德堡原子由磁光阱掉进一个由介质反-泊罗腔。对腔内动力学演化的推测可以由高效率的测量来实现外差测量和光子计数等手段。
目前光学腔[58]主要有三大类:法布里-泊罗腔(Fabry-Ferot)，回音壁模式ispering Gallery Mode Cavity)和光子晶体腔(Photonic Crystals)。传统的 F-P取得了诸多进展，但是也面临诸多困难，比如其品质因子很难进一步提高之间的可连接性较差。虽然在光学腔 QED 实验已取得了强耦合，但人们还地努力去实现更强的耦合。而强耦合要求原子和腔模的耦合率要大于任何散率或消相干率，包括原子的自发辐射和光子在腔场中的衰减率。这样就腔的体积必须很小。因此，微腔主要是朝着更高品质因数和更小的模式体发展，许多理论方案也正是需要以强耦合为基础才能实现。而回音壁模式往往具有极高的品质因子和较低的模式体积，可以提供更强的原子-光场的互作用；此外回音壁模式腔制备工艺相对简单，而且具有极好的可集成性回音壁模式微腔进行强耦合物理和量子信息的研究，已经逐步成为了一个点。图 1.3 的参数分别给出了这三种腔的对比情况。我们坚信，随着制作技展和理论上的进一步丰富，光学腔在量子信息领域和其它领域将发挥越来的作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]辐射场与二能级原子相互作用的量子逻辑功能[J]. 张登玉,唐世清,谢利军,高峰. 衡阳师范学院学报. 2007(06)
[2]消除简并双光子过程中二能级原子的消相干性[J]. 张登玉. 物理学报. 2002(03)
[3]量子算法与量子计算实验[J]. 赵志,冯芒,詹明生. 物理学进展. 2001(02)
[4]量子信息讲座第一讲 量子计算机[J]. 段路明,郭光灿. 物理. 1998(01)
[5]构造Fredkin量子门的一种简易方法[J]. 张登玉,詹明生. 物理学报. 1997(12)
博士论文
[1]固态光学腔量子电动力学—原理与实现[D]. 肖云峰.中国科学技术大学 2007
[2]基于腔QED的量子态制备和量子信息处理[D]. 疏静.中国科学技术大学 2007
[3]量子相位门的腔QED方案实现研究[D]. 蔡建武.湖南师范大学 2007
硕士论文
[1]基于腔QED的量子计算和量子通讯[D]. 林功伟.福建师范大学 2008
[2]电磁辐射场中量子位的消相干特性研究[D]. 唐志祥.湘潭大学 2004
本文编号：3410457
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