原子与光场相互作用的控制非门和纠缠性的研究

论文摘要

量子信息学作为一门新兴学科，以量子计算机和量子通讯为主要内容日益发展起来。量子信息学以量子位作为信息载体，按照量子力学原理进行计算或操作，从而使量子信息学比经典信息学更有优越性。近年来，量子信息在理论和实验上都取得了重大的突破，创造出绝对安全的量子密匙、量子密集编码、量子隐形传态等经典信息理论不可思议的奇迹。量子通讯是量子信息的一个重要的研究领域，目前主要涉及量子隐形传态、量子密集编码、量子密匙共享和量子秘密通信等方面。腔QED主要思想是将俘获的原子约束在高品质中，把量子信息储存在原子能态上，囚禁的原子作为量子信息存储器，光腔用来进行量子的传输。随着腔QED实验的进展，腔QED方案就成为将来处理量子信息很有前途的理论方案。本论文主要研究了腔QED在量子信息中的应用，主要内容包括下面部分：1在光与原子相互作用的Tavis-Cummings模型的研究基础之上，利用共生纠缠度的计算方法，研究了单模辐射场与耦合双原子相互作用系统中原子纠缠的演化特性，讨论了原子间初始态及偶极相互作用对原子纠缠度的影响。研究结果表明：（1）通过对模型中耦合双原子与单模辐射场相互作用体系的共生纠缠度的计算和对纠缠量特性的分析，得到纠缠量呈现周期振荡现象。（2）初始状态影响共生纠缠度波幅振幅大小，但不影响振动周期大小（3）随Ω值增大，振荡波形越来越规则。控制系统的纠缠，是实现量子通信和量子计算机的关键，因此纠缠度的研究具有十分重要的意义。2提出一种利用耦合双原子与单模光场相互作用系统实现控制非门的方案。结果表明：腔场初始时刻制备于相干态，双原子处于特定的初态，在大失谐相互作用情况下，通过控制腔场与耦合双原子的相互作用时间，就可以实现控制非门。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 综述
• 1.1 引言
• 1.2 量子信息论的研究现状
• 1.2.1 量子计算方面
• 1.2.2 量子通讯方面
• 1.3 问题的提出和选题的意义
• 第2章 量子信息中的腔 QED方案
• 2.1 引言
• 2.2 QED腔的分类
• 2.3 真空态制备
• 2.4 量子信息中的共振作用腔 QED方案
• 第3章 量子纠缠的基本理论
• 3.1 引言
• 3.2 JAYNES-CUMMINGS模型
• 3.3 T-C模型
• 3.4 纠缠度的理论
• 3.5 纠缠态的度量
• 3.6 纠缠浓缩和稀释，两部分系统纯态纠缠的度量
• 3.7 量子门简介
• 3.7.1 几个重要的一位门
• 3.7.2 两位门
• 第4章 量子纠缠度的计算
• 4.1 引言
• 4.2 理论模型及其波函数
• 4.3 数值计算与理论分析
• 4.4 结论
• 第5章 利用耦合双原子与单模光场相互作用系统实现控制非门
• 5.1 引言
• 5.2 理论模型和态矢
• 5.3 控制非门的设计
• 5.4 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间学习和工作情况
• 致谢