利用腔QED技術(shù)進(jìn)行的量子信息過(guò)程.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代物理學(xué)開(kāi)始以一種新的方式滲透到計(jì)算與信息領(lǐng)域。例如，以Einstein，Podolsky，Rosen三位科學(xué)家的名字來(lái)命名的EPR態(tài)就在信息傳輸和密碼科學(xué)中有著不可預(yù)料的廣闊前景。作為一種新興的學(xué)科，量子信息學(xué)已經(jīng)引起了越來(lái)越多的學(xué)者的興趣?，F(xiàn)在，量子信息已經(jīng)廣泛運(yùn)用于量子計(jì)算、量子通信、量子密集編碼、量子隱形傳態(tài)等多個(gè)領(lǐng)域。在量子信息理論中，人們用一個(gè)兩態(tài)系統(tǒng)(qubit)來(lái)代替經(jīng)典信息理論中的基本信息

2、單元——比特。 在第一章里，簡(jiǎn)要地介紹了量子信息學(xué)的基本知識(shí)。而腔量子電動(dòng)力學(xué)(腔QED)則是量子信息實(shí)現(xiàn)的一種重要的技術(shù)。這里，我們介紹了微波腔和光學(xué)腔。而根據(jù)不同的制備過(guò)程，光學(xué)腔可以分成三種類(lèi)型：法布里——泊羅腔，微球腔和光子晶體腔。然后我們對(duì)糾纏態(tài)的制備方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要的回顧。接著提出了一種新的糾纏態(tài)制備方案。其過(guò)程是這樣的：令一個(gè)Lambda型三能級(jí)原子穿過(guò)一個(gè)雙模腔場(chǎng)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)原子離開(kāi)腔場(chǎng)以后，另一個(gè)全同三能級(jí)原子也穿

3、過(guò)腔場(chǎng)。當(dāng)我們?nèi)∏‘?dāng)?shù)南嗷プ饔脮r(shí)間時(shí)，就可以產(chǎn)生最大糾纏態(tài)。這里以三能級(jí)原子的基態(tài)超精細(xì)結(jié)構(gòu)為qubit。與以?xún)赡芗?jí)原子的兩個(gè)能級(jí)為qubit的方法相比，這種選取方法令原子結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。另一方面，與原子在腔中運(yùn)動(dòng)這種狀態(tài)相比，令原子穿過(guò)腔場(chǎng)更便于實(shí)驗(yàn)操控。此外，這種方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于：在此過(guò)程中不需要測(cè)量腔內(nèi)原子的狀態(tài)。在第二章里，我們介紹了幾種不同的糾纏度量方法。本文采用所謂的“Tangle”來(lái)表征糾纏的程度。利用第一章給出的系統(tǒng)的波

4、函數(shù)，我們得到了系統(tǒng)的多個(gè)子體系之間的糾纏度量關(guān)系。在三種不同的初始條件下，原子系綜與腔模之間的Tangle、單個(gè)原子與系統(tǒng)其余部分之間的Tangle以及單個(gè)腔模與系統(tǒng)剩余部分之間的Tangle均可以達(dá)到最大值1。而三種不同初始條件下的原子之間的糾纏度則表現(xiàn)為相同的形式。這樣，它們就在同一時(shí)刻達(dá)到最大值。 第三章著重研究了兩種不同系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。首先，我們給出了兩個(gè)兩能級(jí)糾纏態(tài)原子和經(jīng)典場(chǎng)相互作用系統(tǒng)的各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)特性。隨后，我

5、們又得到了第一章所給出的系統(tǒng)的原子布居反轉(zhuǎn)、光子數(shù)分布、原子偶極壓縮以及二階關(guān)聯(lián)函數(shù)等各項(xiàng)結(jié)果。這些數(shù)值結(jié)果均依賴(lài)于耦合常數(shù)g與失諧量△。在本章分別用圖形來(lái)描述這些物理量隨時(shí)間的演化過(guò)程。 在最后一章中，令兩個(gè)Lamda-型三能級(jí)糾纏態(tài)原子中的一個(gè)原子與腔場(chǎng)相互作用，而另一個(gè)原子處于腔外。我們?nèi)匀豢梢岳玫谝徽陆o出的系統(tǒng)有效哈密頓，得到系統(tǒng)的時(shí)間演化算符。這樣我們就得到了兩種不同初始條件下腔內(nèi)原子的輻射譜。輻射譜是表征原子與腔場(chǎng)