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基于腔QED的Swap门实现和纠缠态制备

作　者: 刘彦升
导　师: 梁林梅
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 物理学
关键词: 分子系综量子Swap门纠缠态库珀对盒(CPB) 腔QED
分类号: O431.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

Swap门是一个重要的两位量子门,在量子通信和量子计算中有着广泛的用途,因此有必要提出直接实现Swap门的有效方案,以减少在量子信息处理过程中实际量子逻辑门的数量,进而节约物理资源。量子纠缠是量子信息学最基本的资源,在量子隐形传态、量子密集编码、量子密钥分配等方面起着关键作用,因而纠缠态的制备引起人们不断的关注。本文着重研究了分别利用腔量子电动力学(QED)的非线性和线性系统来实现量子Swap门和制备纠缠态的问题。(1)非线性系统中量子Swap门的实现和纠缠态的制备在由超导传输线腔与库珀对盒(CPB)和分子系综强耦合组成的混和量子系统中,量子信息编码于两个分子系综的基态和最低共同激发态上,量子信息由分子系综传递至腔场,腔场态和CPB作用后再返存于分子系综。其间,通过腔场与CPB的强耦合,编码信息的不同腔场态n c获取非线性的相位偏移φn。调整相位φn实现两量子比特Swap门和两个系综之间纠缠态的制备。编码于分子系综量子态的信息具有相当长的相干时间,此外与用两步Swap门操作实现Swap门方案相比,受到影响忠实度的CPB的消相干影响较少。(2)线性系统中量子Swap门的实现和纠缠态的制备我们设计了一个由传输线腔和两个分子系综组成的线性系统,通过传输线腔和分子系综的强耦合,可以一步实现分子系综间的两量子比特完全Swap操作;同时介绍了用腔场作为媒介将一个分子系综的激发态部分地传递给另一个分子系综,从而实现两个系综之间纠缠的具体方法。在该方案中既保证了编码信息的分子系综量子态具有相当长的相干时间,并且保持了分子系综与腔场的强耦合,同时又避免了CPB的消相干对系统运算操作的影响,因而在此基础上构造的Swap门具有很高的保真度。

全文目录

摘要  7-8
ABSTRACT  8-9
第一章绪论  9-19
  1.1 量子计算思想的起源  9-10
  1.2 量子计算相对经典计算的优越性  10-11
  1.3 量子计算机模型的基本简述  11-16
    1.3.1 经典计算机与量子计算机的门组网络结构  11-12
    1.3.2 量子计算机信息编码和信息处理特征  12-13
    1.3.3 经典可逆计算和经典可逆通用逻辑门  13-14
    1.3.4 通用量子逻辑门组  14-16
  1.4 量子计算机的物理实现  16-17
  1.5 本文的主要工作  17-19
第二章量子计算的理论基础及腔量子电动力学简介  19-29
  2.1 量子计算的一些基本概念  19-24
    2.1.1 量子力学基本假设  19-21
    2.1.2 纯态、混合态和密度矩阵  21-22
    2.1.3 单量子比特和多量子比特  22-24
    2.1.4 量子纠缠态  24
  2.2 腔量子电动力学（Cavity QED）  24-29
    2.2.1 Jaynes－Cummings模型  24-25
    2.2.2 原子与腔的相互作用  25-26
    2.2.3 原子与腔场强耦合  26-29
第三章基于超导传输线腔的Swap门实现  29-40
  3.1 引言  29
  3.2 混合量子处理器的具体模型  29-33
    3.2.1 分子系综与腔场的强耦合  30-31
    3.2.2 系统Hamilton量  31-33
  3.3 利用CPB的非线性作用实现Swap门  33-38
    3.3.1 分子系综与传输线腔的相互作用  33-34
    3.3.2 CPB的非线性作用  34-35
    3.3.3 量子Swap门的实现  35-38
  3.4 本章小结与分析  38-40
第四章基于分子系综CQED的量子Swap门实现  40-46
  4.1 具体模型及其Hamiltonian  40-41
  4.2 量子Swap门的实现和纠缠态的制备  41-45
  4.3 本章小结  45-46
结束语  46-48
致谢  48-49
参考文献  49-53
作者在学期间取得的学术成果  53

基于腔QED的Swap门实现和纠缠态制备

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