基于囚禁离子和腔QED的量子纠缠和量子计算

论文摘要

量子纠缠是量子信息科学最基本的资源。如果没有它,就没有量子信息这门学科的存在。因此,量子纠缠在量子信息科学中起着十分重要的作用。量子计算不仅是量子信息科学中最具挑战性的研究领域,而且是引发量子信息科学大量研究的最初动因。而囚禁离子和腔QED是能将量子纠缠和量子计算理论进行实验验证的两个重要的物理实验系统,它们在量子纠缠和量子计算的研究中扮演了十分重要的角色。因此进一步研究基于这两个物理系统的量子纠缠和量子计算具有重要的理论和实验意义。本文的主要研究内容如下:1.基于囚禁离子物理系统,利用激光与多能级囚禁离子的相互作用,提出了一个实现四维(ququadrit)空间量子计算的方案;利用双色场与囚禁离子相互作用,提出了一个组合式实现量子可控非门的激光脉冲序列。2.基于腔QED物理系统,利用多光子相互作用,提出了基于压缩算符实现非常规几何量子计算的方案;利用激光与原子的共振相互作用,提出了实现强场驱动下的几何量子逻辑门方案,并详细考虑了腔场衰变对几何量子计算的影响;利用单光子共振相互作用,提出了实现高保真度的量子Toffoli门的方案。3.提出了基于腔QED的强场驱动下制备介观量子态(包括相干态和压缩相干态)纠缠、在微波腔和光腔中基于单光子相互作用实现W纠缠态和利用大失谐相互作用模型提出了量子纠缠态存储和保持的方案。

论文目录

• 内容摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 第一节 量子纠缠与量子计算基本理论
• 第二节 基于囚禁离子的量子纠缠和量子计算的发展
• 第三节 基于腔QED 的量子纠缠和量子计算的发展
• 第四节 本文主要工作
• 参考文献
• 第二章 利用囚禁冷离子实现四维（Ququadrit）量子计算
• 第一节 引言
• 第二节 物理系统与量子态探测方法
• 第三节 单个四维量子比特门操作
• 第四节 二个四维量子比特之间的条件相位门操作
• 第五节 多个四维量子比特的傅里叶变换
• 第六节 四维量子比特的一些可能应用
• 第七节 小结
• 参考文献
• 第三章 利用囚禁热离子实现可控非门量子计算
• 第一节 引言
• 第二节 两能级离子与激光的相互作用
• 第三节 量子纠缠态的制备
• 第四节 双比特量子可控非门的脉冲序列构造
• 第五节 小结
• 参考文献
• 第四章 腔QED 中压缩算符导致的近似非常规几何量子计算
• 第一节 引言
• 第二节 压缩算子诱导的广义非常规量子几何相位
• 第三节 腔QED 中多光子相互作用动力学
• 第四节 双光子相互作用下的非常规几何量子相位门
• 第五节 讨论与小结
• 参考文献
• 第五章 强场驱动的腔QED 非常规几何量子计算
• 第一节 引言
• 第二节 非常规几何相位的标准定义与扩展定义
• 第三节 强场驱动下腔QED 系统动学模型
• 第四节 理想的两量子比特非常规的几何量子相位门
• 第五节 腔模耗散情况下的两量子比特非常规几何量子相位门
• 第六节 讨论与小结
• 参考文献
• 第六章 单共振相互作用下的腔QED 高保真度Toffoli 逻辑门
• 第一节 引言
• 第二节 N 个三能级原子与单模微波腔共振相互作用
• 第三节 理想条件下三量子比特的Toffoli 门
• 第四节 腔模衰变下的三量子比特的Toffoli 门
• 第五节 三量子比特相位门的保真度
• 第六节 讨论与小结
• 参考文献
• 第七章 腔QED 系统介观压缩真空态的宏观迭加与纠缠
• 第一节 引言
• 第二节 双光子相互作用的腔QED 动力学模型
• 第三节 制备介观压缩态的多体纠缠态
• 第四节 制备介观压缩真空态的迭加态（Schr?dinger cat）
• 第五节 相干态与压缩真空态之间的介观纠缠态及广义W-型纠缠态
• 第六节 讨论与小结
• 参考文献
• 第八章 腔QED 系统单共振相互作用所导致的多粒子W 态
• 第一节 引言
• 第二节 多原子单共振腔QED 动力学模型
• 第三节 任意系数及标准W 纠缠态制备
• 第四节 腔模衰变和原子自发辐射对W 纠缠态制备的影响
• 第五节 实验可行性分析
• 第六节 小结
• 参考文献
• 第九章 利用腔QED 系统存储多粒子纠缠态
• 第一节 引言
• 第二节 大失谐真空腔中的原子动力学模型
• 第三节 大失谐真空腔中原子态的时间演化
• 第四节 在腔中存储多原子纠缠态
• 第五节 小结
• 参考文献
• 第十章 总结与展望
• 第一节 总结
• 第二节 展望
• 攻读博士学位发表与完成的论文目录
• 致谢