基于單個中性原子的量子比特操控.pdf

1、集成電路的最小尺寸已經達到10nm。隨著經典計算機中單個比特尺寸越來越小，集成電路中單比特的尺度逐步接近單個原子的尺度，這時就會表現(xiàn)出量子特性，不再遵循經典物理的定律?？茖W家們基于量子力學效應提出了量子比特和基于量子比特的量子計算機。量子計算機用量子比特來存儲信息和執(zhí)行計算。許多物理系統(tǒng)都可以作為量子比特，例如單光子、超導環(huán)、量子點、單離子、核自旋、受控中性原子等。相比于其他物理系統(tǒng)，編碼于受控單原子基態(tài)的量子比特不易受外界電場和磁場的

2、干擾。更重要的是中性原子穩(wěn)定、干凈的基態(tài)使得量子比特有較長的退相干時間。而且光學泵浦、雙光子拉曼過程、共振微波脈沖、共振熒光探測技術、里德堡原子長程相互作用等為操控中性原子量子比特實現(xiàn)量子邏輯門提供了強有力的技術手段。所以中性原子量子比特成為演示基本量子信息過程的重要實驗平臺。
　　本論文的主要內容是基于單個中性原子的量子比特操控的實驗研究，延長中性原子比特的退相干時間，并將受控單量子比特應用到基本物理問題的研究方面。主要工作概括

3、如下:
　　1).設計構建了兩套全光纖磁光阱系統(tǒng);
　　2).利用強聚焦的1064nm的紅失諧偶極阱實現(xiàn)了單個銫原子的俘獲，優(yōu)化了阱內原子的溫度，利用釋放再捕獲法測量了阱中的原子溫度;
　　3).利用雙光子拉曼光過程操控單個原子比特，制備了|6S1/2，F(xiàn)=3，mF=0>和|6S1/2，F(xiàn)=4，mF=0>任意的疊加態(tài)，測量了單量子比特的退相干時間為3.4ms;
　　4).利用780nm激光構建了瓶子狀的藍失諧偶極

4、阱并俘獲了單個原子，利用微波場操控原子比特，測量了原子比特的退相干時間約為10ms;利用量子態(tài)層析技術測量了制備的量子態(tài)的保真度，利用量子過程層析技術測量了旋轉門操作的保真度;對比了紅移阱與藍移阱的結果。
　　5).在1.39G的量子化磁場下，利用|6S1/2F=3，mF=-1>和|6S1/2F=4，mF=1>間的躍遷頻率對磁場波動不敏感，抑制由磁場噪聲引起的均勻退相干機制，延長了均勻退相干時間，達到1s;
　　6).利用在