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基于腔QED的量子纠缠态的制备

作　者: 谢琳
导　师: 顾永建
学　校: 中国海洋大学
专　业: 光学
关键词: 量子纠缠态腔量子电动力学 NOON态 singlet态
分类号: O431.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

量子信息学是二十世纪八十年代兴起的一门整合了量子力学和信息科学的新兴学科。作为量子信息学的核心部分,量子纠缠为有效地实现量子通信和量子计算供了重要的物理资源,并且被广泛地应用于各种量子信息处理过程,比如量子隐形传态,量子密集编码,基于纠缠态的量子密码,量子纠错等等。要实现对量子信息的处理,量子硬件必不可少。目前人们提出的能够进行量子信息处理和量子计算的物理系统中,腔QED技术研究比较早,发展较快,被认为是最具前景的量子系统硬件之一。本文主要研究在腔QED系统中两类特殊的多粒子纠缠的制备。NOON态是一种光子数最大纠缠态,可以用来演示多光子de Broglie波长,并可以应用于高精度的量子相位测量,得到量子理论所允许的海森堡极限；Singlet态是一种多粒子多能级且总自旋为零的纠缠态,它为验证量子非局域性创造了可行性。本文主要包括以下两方面的工作：一、利用了双光子简并拉曼Jaynes-Cummings模型,提出了一个制备多粒子纠缠态—NOON态的方案。把一个原子置入双模腔中,利用该原子能级的精细结构,选取合适的能级与腔模发生耦合相互作用,在外加电场的辅助作用下,实现原子能级和腔场光子数态之间的纠缠,最终我们可以确定性地取得所要制备的纠缠态。操作过程中,在经典场作用下发生的原子能级间的跃迁,受到跃迁定则的限制,避免了原子与腔场相互作用过程中出现光子的湮灭。二、以一种人工原子—超导量子比特干涉仪(SQUID)取代腔中原子的地位,提出了一个基于SQUID—腔QED系统的制备singlet态的方案。因为SQUID的能级间隔可以通过调节外场的磁通量或是临界电流来改变,当SQUID与腔场作用时,可以调节其他SQUID的能级间隔使其与腔模远离共振,所以说可以在腔中对一个SQUID进行操作并保证其它SQUID不受影响。基于SQUID的这点优势,我们将三个相同的SQUID植入腔中,利用SQUID和腔模以及经典脉冲之间的一系列相互作用就可以实现单重态的制备。在整个过程中,腔场作为辅助系统始终处于真空态,不参与演化过程。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
0 前言  11-15
1 量子纠缠简介  15-21
  1.1 量子纠缠态  15-17
  1.2 量子纠缠态在量子信息处理中的应用  17-19
    1.2.1 量子隐形传态  17-19
    1.2.2 量子密集编码  19
  1.3 量子纠缠态的制备  19-20
  1.4 小结  20-21
2 腔量子电动力学基础  21-29
  2.1 原子和辐射场的相互作用  21-23
    2.1.1 原子与经典场的相互作用  21-22
    2.1.2 原子与量子化辐射场的相互作用  22-23
  2.2 腔QED系统的典型模型  23-27
    2.2.1 Jaynes-Cummings模型  23-25
    2.2.2 双光子Jaynes-Cummings模型  25-26
    2.2.3 大失谐腔QED模型  26-27
  2.3 总结  27-29
3 腔QED系统中NOON态的制备  29-39
  3.1 简并拉曼耦合JC模型  29-31
  3.2 NOON态制备的系统理论模型  31-33
  3.3 纠缠态的制备过程  33-36
  3.4 讨论  36-39
4 基于量子超导干涉仪-腔系统的量子纠缠态的制备  39-49
  4.1 超导量子干涉仪与腔场的相互作用  40-43
    4.1.1 基本模型  40
    4.1.2 超导量子干涉仪与腔场的失谐相互作用  40-41
    4.1.3 超导量子干涉仪和经典脉冲的共振相互作用  41-43
  4.2 构造受控非门  43-44
  4.3 singlet state的制备  44-46
  4.4 总结与讨论  46-49
5 总结与展望  49-51
参考文献  51-57
致谢  57-58
个人简历  58
发表的学术论文  58

基于腔QED的量子纠缠态的制备

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