基于量子点与光学腔耦合实现多粒子纠缠态和量子克隆

论文摘要

固态量子点系统是最有可能实现量子信息处理的物理系统之一,因此在量子点系统中的量子信息处理成为近几年研究的热点。本文主要是基于量子点与光学腔的耦合提出了实现量子逻辑门、多粒子纠缠态和量子克隆。主要研究内容如下：(1)提出了在强耦合和弱耦合情况下实现量子逻辑门、多粒子纠缠态的方案。即使考虑到腔衰减、频率的失谐和腔边泄漏的影响,这些方案的保真度也可以趋近于1。(2)利用量子点与腔弱耦合的相互作用,提出了构建一个电子与光子的条件相位门方案。利用所提出的条件相位门,实现了远距离的量子点腔之间量子隐形传送,Bell态分析仪和多粒子GHZ态分析仪,并且也可以制备出多粒子的纠缠态。数值模拟表明,这些都能达到较高的保真度和成功概率,同时讨论了以上方案的实验可行性。(3)提出了1→2通用量子克隆、1→2相位协变克隆和1→3经济型相位协变克隆方案。利用两个三能级的电子在匀强磁场的辅助下与腔场相互作用实现了三种局域的量子克隆。可以通过选择不同的磁场强度而获得最优的克隆保真度。以上研究内容进一步深化了在混合量子系统中的量子信息处理研究,对固态量子点信息处理的实验研究提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第二章 量子纠缠态和量子克隆简介
• 2.1 量子逻辑门
• 2.1.1 Hadamard门
• 2.1.2 量子非门X和受控非门CNOT
• 2.2 量子纠缠态
• 2.3 量子克隆
• 2.3.1 最优通用量子克隆
• 2.3.2 最优相位协变量子克隆
• 第三章 利用量子点与光学腔的耦合实现量子逻辑门和纠缠态
• 3.1 在强耦合条件下实现量子逻辑门
• 3.1.1 量子点与单边光学腔系统之间的相互作用
• 3.1.2 在强耦合条件下实现光子-光子控制非门
• 3.1.3 在强耦合条件下实现光子-电子控制相位门
• 3.2 在强耦合条件下制备多光子和多电子团簇态
• 3.3 在弱耦合条件下实现量子逻辑门
• 3.3.1 量子点与双边光学腔系统之间的相互作用
• 3.3.2 基于强耦合和弱耦合的光学性质实现光子-电子控制非门
• 3.4 在弱耦合条件下多粒子纠缠态的分析
• 3.4.1 条件相位门U（π/2）的构造
• 3.4.2 利用U（π/2）门实现量子隐形传送
• 3.4.3 利用U（π/2）门构建多粒子纠缠态分析仪和生成仪
• 3.5 本章小结
• 第四章 在远距离的量子点腔中实现非局域量子克隆
• 4.1 在横向磁场下量子点与光子的相互作用
• 4.2 在远距离的量子点腔中实现量子克隆
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文目录