利用耗散过程制备量子纠缠态

发布时间：2018-03-22 17:03

  本文选题：纠缠态　切入点：腔QED系统　出处：《哈尔滨工业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：量子纠缠态是量子物理独有的特性,它由量子力学理论预言并被实验证实。量子纠缠不但可以用于量子信息处理,还可以用于检验量子力学基本原理,使人们更加深刻的了解量子世界。因此有效制备、操控纠缠态对量子信息是极为关键的。然而在实际情况下,环境跟系统的耦合是无法有效避免的、是必然的。这些不必要耦合会引起消相干。在腔量子电动力学系统(腔QED)中,典型的诱导系统消相干的因素包括腔模泄漏过程、原子自发辐射过程等耗散过程。跟传统观点不同,最近一些研究表明腔QED中的耗散过程可以用来制备纠缠态,这就是所谓的耗散动力学。本文中,我们主要研究利用腔QED系统中的多个耗散过程来制备原子纠缠,希望能为相关实验提供一定的理论参考。在两个Λ 型原子跟光学腔模耦合的QED系统中,我们提出一个同时利用原子自发辐射过程和腔模泄漏过程制备原子纠缠的方案。利用缀饰态基矢重新展开哈密顿以后,我们可以更加清晰地了解整个系统的动力学过程,从而选取合适的系统参数来将非目标态激发至激发态子空间中的缀饰态,进一步通过耗散过程转化为目标态。与传统的幺正动力学方案相比,我们的方案除了将有害的耗散过程变为必不可少的资源以外,还有不需要指定初态、不需要严格控制演化时间的特点。在耦合双模腔系统中,我们提出利用多能级原子的自发辐射过程和双模腔的腔模泄漏过程制备三维纠缠的方案。方案利用的是有效算符方法,使用该方法的前提条件是弱激发。利用该方法后,系统的激发态被绝热消除,可以清晰地得出有效哈密顿和有效耗散过程对系统的作用和影响。在此基础上通过合适的选取参数来增强或减弱某些耗散过程的影响,进而使目标态成为系统的唯一稳态。为了便于了解每个耗散过程的作用,我们分别考虑自发辐射过程和腔模泄漏过程。结果表明,仅利用腔模泄漏时的方案没有仅利用自发辐射过程的方案性能好。为了改善这种情况,我们利用反馈控制的方法来提高方案的保真度。由于仅利用自发辐射过程跟仅利用腔模泄漏过程时方案的参数条件相同,我们可以同时利用二者制备三维纠缠态。跟在相似系统中利用幺正动力学的方案相比,我们的方案不需要指定初态和严格控制演化时间,另外数值模拟也表明方案保真度较高。里德伯原子之间的远距离相互作用常常会造成能级移位,进而形成阻塞机制。目前利用里德伯阻塞机制进行量子信息处理的相关研究非常常见。最近有研究表明,通过合适的调整经典场与原子耦合的失谐量可以实现反里德伯阻塞机制,其原理是利用失谐量来补偿里德伯相互作用强度。利用该机制,我们可以实现基态子空间中非目标态跟双激发里德伯态之间的共振耦合。自发辐射过程可以将双激发里德伯态衰减至单激发子空间进而衰减至基态子空间。在微波场和经典场的作用下,非目标态会进一步被泵浦直至实现目标态。此外,利用类似的物理思想,方案可以被拓展到三维纠缠情况。理论上的数值模拟表明,方案的保真度较为理想,此外方案对参数波动也具有一定鲁棒性。在腔 光纤 腔系统中,我们提出利用耗散过程制备分布式纠缠的方案。为了方便研究,我们在缀饰态表象下展开工作。缀饰态由原子和腔模相互作用的本征矢来充当。我们首先找到能够通过原子自发辐射、腔模泄漏、光纤模泄漏过程衰减至目标纠缠态的单激发子空间中的缀饰态。然后选择相关参数使该缀饰态跟基态子空间中的非目标态共振耦合。同时设计微波场使目标态为其暗态,而非目标态可以在其作用下相互转化。这样一来,无论初态是哪个态,都可以直接或间接跟选定好的单激发子空间缀饰态共振相互作用,进而通过耗散过程转化为目标态。由于分布式纠缠是很多远程量子信息处理的关键资源,本方案的研究对于远程量子信息任务提供了可选择的理论方案。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O413

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本文编号：1649567