绝热过程实现量子计算

论文摘要

量子态操作是量子物理重要研究问题。目前,理论和实验上有许多工作研究量子态的实现,如Bell态,GHZ态,cluster态等等。这些量子态之所以重要,一方面可以用它们来验证物理学的一些现象。比如,用Bell态可以验证Bell不等式,从而验证量子的非局域关联特性。另一方面,量子态的制备是实现量子计算的基本条件,如要实现单向量子计算就必须制备高纠缠的cluster态。量子计算过程实际上就是如何控制量子态及其演化。那么,有效的制备量子态就成了从事量子计算研究者需要考虑的重要问题。目前实验上所采用的量子态操作方法主要是基于拉比振荡模型。通过精确的控制脉冲作用时间,制备想要的量子态。但这种方案因为对实验精度要求高,在实际的过程中很难避免操作上的误差。另外,环境的影响也是降低量子态操作效率的一方面因素。为此,我们尝试实现一种对脉冲操作时间不敏感的方案。在我们的方案中,要施加额外的一个斯塔克啁啾场,对能级产生扰动。通过相对的控制斯塔克场和泵浦场,就可以实现绝热过程,很好的完成单比特操作。当然,我们这种方案不仅仅可以实现单比特量子态,还可以用来构造两比特量子逻辑门。通过以上的两种逻辑操作就可以实现可扩展的量子计算。为了验证我们方案的可行性,在超导量子电路中,我们采用了实验参数用数值方法模拟出了量子逻辑门操作。这表明,我们的方案在理论上是可行的。我们这个方案还有一个优点就是对环境的微扰不敏感。实验操作中,认为能级是确定的,通过施加相应频率的脉冲可以实现量子态的翻转。可是事实是,量子系统往往要受到环境的干扰,能级产生上下微移。我们的方案主动的对能级进行可控的扰动。而这样的扰动可以压制环境的影响,从而对环境噪声不敏感。我们的方案还有一个特点就是不管初态是基态还是激发态,都可以实现两能级之间的布居翻转。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 第2章 量子计算方案
• 2.1 逻辑量子计算
• 2.2 单向（ONE-WAY）量子计算
• 2.3 拓扑量子计算
• 2.4 几何量子计算
• 2.5 绝热量子计算
• 本章小结
• 第3章 量子态操作
• 3.1 传统的量子态操作-非相干激发
• 3.2 三能级布居转移
• 3.3 共振相干激发-拉比振荡
• 3.4 受激拉曼绝热过程实现量子态操作
• 3.5 斯塔克啁啾快速绝热过程
• 本章小结
• 第4章 绝热过程实现超导量子电路量子计算
• 4.1 单比特量子操作
• 4.2 两比特量子操作
• 本章总结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和研究成果