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基于腔量子电动力学的量子相位门

作　者: 问峰
导　师: 孙芳魁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学
关键词: 腔量子电动力学 Jaynes-Cummings模型有效哈密顿量量子相位门
分类号: O413.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 43次
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内容摘要

量子信息学是量子力学和信息科学结合的产物,它是一门对量子态进行制备、传输、存储、操控和读取的交叉学科。聚焦于量子计算的腔量子电动力学(Cavity QED)本质上实现了对原子与光场相互作用过程的人工控制,使得人们能够通过改变相互作用的方式有目的地影响原子-光场耦合体系的演化。因此,腔量子电动力学被认为是实现量子信息处理乃至量子计算机最有前景的物理体系之一。本文研究的目的是探索基于腔QED体系的量子相位门的物理实现。首先给出在研究量子化的光场和原子相互作用时的基本模型,并讨论在计算失谐相互作用时忽略快速震荡项常用的近似方法-有效哈密顿方法。接着分别提出利用原子-腔模的共振相互作用和非共振相互作用来实现两比特量子相位门的方案,最后利用原子作为固定比特而光子作为飞行比特,给出实现多比特受控相位门的方案。在共振条件的方案中,由于腔模和原子的相互作用处于共振状态,所以完成相位门操作所需的时间非常短,而且原子和腔场共振相互作用是不需要外场的参与,使得该方案在实验上易于实现。在门操作中基矢经历相同的阻尼过程,相位门对原子的自发辐射以及腔场中光子的泄露都不敏感,因此本方案具有较高的保真度。在非共振方案中,原子的两个激发态可以绝热消除而使两个基态发生Raman耦合。在整个门操作过程中,两原子都处于基态并且腔模只有弱激发态。因此门操作对原子的自发辐射,腔模的损耗以及腔模中的热光子的存在都不敏感。在多比特受控相位门的方案中,利用原子的集合态作为控制比特,输入、输出脉冲单光子的偏振态作为受控比特。当所有的原子都处于f时,输入输出脉冲有一个?相位的变化。当原子处于其它态时,输入、输入脉冲的相对相位不发生改变。数值模拟表明原子系统不受Lame-Dicke条件限制。而且原子的自发辐射对本方案的影响也可以忽略不计,因而此方案有极高的保真度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题背景及研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-17
    1.2.1 微腔量子电动力学的发展  10-15
    1.2.2 从经典计算到量子计算  15-17
  1.3 本论文研究的主要内容  17-19
第2章原子和腔模相互作用的理论模型计算方法  19-27
  2.1 Jaynes-Cummings 模型  19-23
  2.2 有效哈密顿函数理论  23-25
  2.3 几何相位因子计算的基础知识  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章两比特量子相位门实现方案  27-39
  3.1 原子-腔模共振相互作用时量子相位门方案  27-33
    3.1.1 理论模型  27-28
    3.1.2 不同的初始条件下系统的演化  28-30
    3.1.3 量子相位门的理论分析  30-32
    3.1.4 方案的可行性分析  32-33
    3.1.5 本节结论  33
  3.2 原子-腔模非共振相互作用时量子相位门方案  33-39
    3.2.1 理论模型  34-35
    3.2.2 系统的时间演化  35-38
    3.2.3 方案的实现可能性分析  38
    3.2.4 本节小结  38-39
第4章多比特受控相位门方案  39-47
  4.1 理论模型  39-41
  4.2 考虑不同初态时系统的演化过程  41-46
  4.3 本章小结  46-47
结论  47-48
参考文献  48-52
攻读学位期间发表的学术论文  52-54
致谢  54

基于腔量子电动力学的量子相位门

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