波導(dǎo)管中的量子計(jì)算.pdf

1、現(xiàn)代人類對(duì)信息需求的日益增加,促使人們不斷地致力于信息技術(shù)的發(fā)展,而這種發(fā)展必然導(dǎo)致新的原理和新的方法的產(chǎn)生.量子力學(xué)與信息科學(xué)相結(jié)合便誕生了一門新的學(xué)科分支--量子信息科學(xué).量子信息科學(xué)包括:量子密碼術(shù)、量子通訊、量子計(jì)算機(jī)和量子測(cè)量等,近年來在理論和實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)取得了重要的突破.尤其是對(duì)量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)目前已提出許多種實(shí)現(xiàn)方案,主要有離子阱方案、腔量子電動(dòng)力學(xué)(腔QED)方案、核磁共振(NMR)方案和量子點(diǎn)方案等.然而實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的一個(gè)

2、最重要的困難就是由系統(tǒng)和環(huán)境耦合而引起的消相干.在這些消相干的來源中,原子的自發(fā)輻射是一個(gè)重要的來源,尤其是在實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的腔QED方案中. 該文以圓柱形波導(dǎo)管為例,討論了腔中原子的自發(fā)輻射率隨腔的形狀和尺寸的變化.結(jié)果表明:由于波導(dǎo)管中末態(tài)相空間體積比自由空間的小,自發(fā)輻射率通常會(huì)降低,但在某些情況下會(huì)產(chǎn)生共振.在波導(dǎo)管中,有一個(gè)光子能通過的最低頻率,稱為截止頻率.如果輻射光子的頻率比波導(dǎo)管的截止頻率低,那么處在激發(fā)態(tài)的原子將不能輻射

3、光子,非常穩(wěn)定,這時(shí)自發(fā)輻射是被抑制的;但是如果輻射光子的頻率與截止頻率相等,那么將產(chǎn)生共振,原子的自發(fā)輻射得到加強(qiáng).根據(jù)這個(gè)結(jié)果,在該文中提出實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的一個(gè)新的方案:由于腔量子電動(dòng)力學(xué)(QED)方案中的法布里-珀羅腔不存在光子能通過的最小頻率,所以它不能抑制其中原子的自發(fā)輻射, 該文提出用一個(gè)波導(dǎo)管替代法布里-珀羅腔來實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算,并且不同于腔QED方案中將原子簡(jiǎn)化為二能級(jí)系統(tǒng)來作為量子信息的比特,文章中將考慮更真實(shí)的多能級(jí)原子的