基于腔量子電動(dòng)力學(xué)的多比特量子計(jì)算.pdf

1、量子計(jì)算是以建造基于量子力學(xué)原理、能在許多復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題處理上大大超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)性能的新型計(jì)算機(jī)為目的的一門(mén)科學(xué)。量子計(jì)算機(jī)因其并行計(jì)算和量子模擬的巨大速度優(yōu)勢(shì)，有著非常誘人的應(yīng)用前景。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)真正意義上的量子計(jì)算，還有許多困難要去克服。具體的量子計(jì)算是通過(guò)讓經(jīng)過(guò)信息編碼的量子態(tài)經(jīng)歷一系列的演化實(shí)現(xiàn)的。量子計(jì)算通過(guò)量子門(mén)的建造和量子算法的實(shí)現(xiàn)，來(lái)對(duì)量子信息進(jìn)行制備，傳輸，存儲(chǔ)，操控和讀取等，是量子信息學(xué)的重要分支。
　　 在量

2、子計(jì)算的研究中，需要對(duì)量子信息進(jìn)行處理，那么物理體系一定要有。已經(jīng)提出的方案中，如核磁共振，線性光學(xué)，離子阱，量子點(diǎn)，超導(dǎo)線路中的約瑟夫森結(jié)，腔量子電動(dòng)力學(xué)等，腔量子電動(dòng)力學(xué)（腔QED）方案由于可以提供一個(gè)獲得糾纏態(tài)和量子信息操控的近乎理想的平臺(tái)，所以被認(rèn)為是最有前景的物理體系之一。這也是本碩士論文的主要研究動(dòng)機(jī)。
　　 本論文致力于研究基于原子系綜-腔量子電動(dòng)力學(xué)的量子計(jì)算，主要集中在多比特量子計(jì)算上，研究了多比特量子門(mén)的建造

3、、多比特對(duì)稱(chēng)糾纏態(tài)（Dicke）態(tài)的制備方法和多量子比特信息的處理，并考慮到克服目前腔QED方案在量子信息處理的過(guò)程中的兩大主要障礙：量子系統(tǒng)的消相干問(wèn)題和量子計(jì)算的可擴(kuò)展性問(wèn)題。包括五部分的內(nèi)容：
　　 第一章簡(jiǎn)要的介紹了量子光學(xué)和量子信息科學(xué)的基本知識(shí)。首先介紹了包括電磁場(chǎng)的量子化，光子量子態(tài)Fork空間的表示和原子-光子的相互作用（標(biāo)準(zhǔn)的Jaynes-Cummings模型）在內(nèi)的量子光學(xué)的知識(shí)。然后回顧了量子信息科學(xué)的背景

4、知識(shí)。這里我們主要講述了量子比特，糾纏，邏輯門(mén)操作等幾個(gè)重要的概念。
　　 第二章介紹腔量子電動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的基本理論和實(shí)驗(yàn)發(fā)展。我們首先考慮標(biāo)準(zhǔn)的Jaynes-Cummings模型，然后討論了強(qiáng)耦合的定義，最后綜述了當(dāng)前可以進(jìn)行腔量子電動(dòng)力學(xué)研究的物理體系。
　　 第三章通過(guò)一個(gè)雙拉曼通道一步實(shí)現(xiàn)一個(gè)多比特量子相位門(mén)。在位于腔中的N個(gè)三態(tài)原子的基態(tài)子空間內(nèi)一步實(shí)現(xiàn)了一個(gè)受控N比特相位門(mén)，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)外部驅(qū)動(dòng)場(chǎng)和原子耦合的

5、強(qiáng)度和失諧量我們，可以把這個(gè)方案推廣到一步制備囚禁在腔內(nèi)的N個(gè)原子的Dicke態(tài)。它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是抗消相干性強(qiáng)。
　　 第四章用飛行原子比特和原子系綜比特實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的量子信息處理。鄭在文獻(xiàn)[Phys.Rev.A 77，045802（2008）]中提出了一個(gè)原子系綜和一個(gè)受經(jīng)典場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的單原子與一個(gè)大失諧的腔模相耦合的動(dòng)力學(xué)特性可以被描述為一種推廣的Jaynes-Cummings哈密頓量，現(xiàn)在我們修正了這個(gè)方案，使這個(gè)單原子飛過(guò)放有原