基于壞腔的量子信息處理.pdf

1、量子信息科學(xué)是量子力學(xué)和計算科學(xué)、信息科學(xué)結(jié)合而形成的一門新興交叉學(xué)科，它可以完成經(jīng)典信息科學(xué)很難完成甚至無法完成的任務(wù)，其潛在的巨大應(yīng)用前景引發(fā)了過去幾十年來人們對量子信息的理論和實驗研究。到目前為止，人們可以在不同的物理體系中實現(xiàn)量子信息處理，如線性光學(xué)、核磁共振、離子阱、量子點、納米機械振子、電路量子電動力學(xué)和腔量子電動力學(xué)等.腔量子電動力學(xué)系統(tǒng)是被研究得較早，且和量子光學(xué)技術(shù)緊密相關(guān)的一個物理系統(tǒng)，從而被廣泛認(rèn)為是最有前途的系統(tǒng)

2、之一。一方面，由于制備高品質(zhì)光學(xué)腔對現(xiàn)有實驗技術(shù)是一個較大的挑戰(zhàn);另一方面，高品質(zhì)光學(xué)腔反而會降低腔量子電動力學(xué)系統(tǒng)的集成度，因此本論文致力于基于壞腔的量子信息處理理論研究。
　　 第一章的緒論中我們介紹腔量子電動力學(xué)中有關(guān)量子信息處理的相關(guān)背景知識，然后給出本文的研究動機以及主要內(nèi)容和章節(jié)安排。
　　 第二章我們簡要地介紹腔量子電動力學(xué)的相關(guān)知識。我們首先討論Jaynes-Cummings模型及其動力學(xué)以及腔的輸入—輸

3、出理論，然后簡述腔量子電動力學(xué)物理實現(xiàn)系統(tǒng)，最后討論腔量子電動力學(xué)中的一些基本概念和相關(guān)物理參數(shù)。
　　 第三章我們討論基于壞腔的量子邏輯門。首先，我們介紹基于壞腔的光子輸入—輸出過程以及光子法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，然后分別給出量子宇稱門、光子—原子控制非門以及光子—原子受控相位門。最后，我們討論基于壞腔量子邏輯門的實驗可行性和誤差分析。
　　 第四章我們討論基于壞腔的量子糾纏態(tài)濃縮和純化方案。對于量子糾纏態(tài)濃縮，我們采用兩種不

4、同的方法:一種是基于糾纏交換的方法，另一種是基于量子邏輯門和單比特測量的最優(yōu)糾纏態(tài)濃縮方案?；趬那坏墓庾虞斎搿敵鲞^程，我們可以同時實現(xiàn)光子和原子糾纏態(tài)濃縮。另外，我們也討論基于弱相干光的原子糾纏態(tài)純化，最后給出量子糾纏態(tài)濃縮和純化的實驗可行性和誤差分析。
　　 第五章我們討論基于壞腔的量子隱形傳態(tài)方案。首先，我們給出隱形傳送多比特量子態(tài)的一般方案，表明該方案比以前的方案要節(jié)約量子糾纏、量子比特和經(jīng)典信息資源。然后基于壞腔的光