量子纠缠的物理实现

论文摘要

量子信息科学是一门将量子力学基本原理应用于信息科学所形成的崭新的学科。近年来,这种结合为信息科学的发展注入了新的生机和活力。同时,这一学科的诞生和发展,又极大丰富了量子理论本身的内容,并有助于解决经典信息科学所不能解决的一些问题。量子纠缠是实现量子信息过程最基本的资源,特别是多Qubit纠缠态(如GHZ态、W态和Cluster state),在量子信息科学中起着至关重要的作用。腔QED和离子阱作为实现量子信息处理过程的两种重要物理实现系统,在量子信息科学中扮演着十分重要的角色。因此,研究基于腔QED和囚禁离子技术的多Qubit纠缠态制备具有重要的理论和实际意义。本文的主要工作有:1、根据前人提出的利用光纤实现光学腔之间耦合的模型,基于绝热过程和部分绝热过程给出了制备多Qubit纠缠态方案。在制备原子纠缠态的过程中,腔模、光纤模、原子激发态都没有布居数,所以此方案不受原子自发辐射、腔衰减、光纤损耗的影响,同时讨论了其它实验参数对制备过程的影响。此方案可以推广用来制备n腔模W态。2、提出了在离子阱中快速制备多离子纠缠态的方案。在这个方案中,离子受到一个频率为离子跃迁频率的驻波激光场驱动。以离子的集体振动模为媒介,我们可以实现离子间的长程耦合,从而有效制备多离子纠缠态。此方案对振动模的热振动不敏感,而且制备时间大大缩减,从退相干的角度来看这是相当重要的。3、基于双边泄漏腔与单光子脉冲相互作用,我们制备了多原子的GHZ态和实现了原子间量子态的转移。在此量子态的转移过程中,我们既不需要纠缠粒子对也不需要控制量子比特之间的耦合。一些实际的量子噪音只降低成功概率而不影响保真度。在理想条件下,这个方案的成功概率接近一。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 中文文摘
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 量子纠缠
• 1.3 量子纠缠态的应用
• 1.4 量子纠缠态的物理实现
• 第2章 基于腔QED和受激Raman绝热过程制备量子纠缠态
• 2.1 腔QED基础
• 2.2 受激Raman绝热过程（STIRAP）
• 2.3 部分受激Raman绝热过程（f-STIRAP）
• 2.4 利用绝热过程和光纤耦合实现不同腔间的量子纠缠
• 第3章 离子阱中纠缠态的制备
• 3.1 离子阱技术简介
• 3.2 两离子纠缠态的制备
• 3.3 多离子纠缠态的制备
• 第4章 利用腔泄漏效应制备纠缠态和实现量子态转移
• 4.1 腔泄漏简介
• 4.2 双边泄漏腔模型及其理论分析
• 4.3 三原子GHZ态的制备和原子之间的态转移
• 4.4 n原子GHZ态的制备和原子间态转移
• 4.5 讨论与总结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 个人简历