基于腔辅助相互作用的量子纠缠和量子逻辑门

发布时间：2024-04-23 03:08

　　作为过去的二十年内发展起来的最令人激动的科学进展之一,量子信息科学在量子通讯和量子计算两个研究方向上取得了显著的研究成果。量子通讯具有受到物理原理决定的绝对安全性,而微观物理系统状态的叠加性质使得人们可以设计具有并行运算能力的超快量子算法,这是量子计算装置特有的性质。量子纠缠是量子系统之间的一种非定域的关联,它作为一种核心的物理资源在大量的量子通讯协议中具有广泛的应用价值。同时,与经典计算机的逻辑操作原理相似,量子计算过程也是由各种基础的量子逻辑门构成。所以关于量子纠缠态和量子逻辑门的研究始终在量子信息科学的发展中占据重要地位。本文主要是利用腔量子电动力学范畴内的物理装置研究量子纠缠态的制备和量子逻辑门的实现,并在此基础上设计了一些量子态操控的方案。利用原子和量子化腔场耦合的腔量子电动力学(QED)系统,首先介绍了单光子脉冲从光学腔中输入和输出的腔辅助相互作用过程。基于腔辅助相互作用的原理,提出了一种实现两个非正交量子态的比较方案,这里的量子态的信息被编码在原子能级的基态上。然后基于量子态的比较过程设计了一种未知量子态的无错区分方案,这在许多的量子保密通讯协议中有重要意义。利用腔QED...

【文章页数】：107 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 量子信息科学基础
        1.2.1 量子纠缠
        1.2.2 量子逻辑门
    1.3 研究现状和主要存在的问题
    1.4 研究的目的和意义
    1.5 本文研究的主要内容
第2章 腔辅助的相互作用系统及其应用
    2.1 引言
    2.2 单边腔中输入输出过程的原理
    2.3 未知量子态的比较和区分
        2.3.1 基本物理模型和公式
        2.3.2 明确的未知原子态比较
        2.3.3 基于量子态比较的区分方案
        2.3.4 分析和讨论
    2.4 本章小结
第3章 利用原子-腔系统制备KLM型原子纠缠态
    3.1 引言
    3.2 制备两原子KLM态的两种方案
        3.2.1 基于耦合腔系统的KLM态制备
        3.2.2 基于腔辅助相互作用的KLM态制备
    3.3 分析与讨论
    3.4 本章小结
第4章 基于金刚石NV中心的纠缠态和量子门
    4.1 引言
    4.2 NV中心与谐振器的耦合系统
    4.3 NV中心纠缠态制备和应用
        4.3.1 三个NV中心GHZ态的制备
        4.3.2 两个NV中心Bell态的制备
        4.3.3 NV中心之间的量子态转移
        4.3.4 纠缠态制备的精确度分析
    4.4 基于NV-MTR系统实现通用量子门
        4.4.1 通用量子门的实现和应用
        4.4.2 量子门方案的精确度分析
    4.5 实验可行性讨论
    4.6 本章小结
第5章 非最大自旋纠缠态的纠缠浓缩
    5.1 引言
    5.2 自旋量子态的纠缠浓缩方案
        5.2.1 未知系数的纠缠态浓缩过程
        5.2.2 已知系数的纠缠态浓缩过程
    5.3 扩展的浓缩方案
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
个人简历



本文编号：3962523