腔QED中基于超導(dǎo)量子干涉儀的量子信息處理的研究.pdf

1、量子信息是一門量子力學(xué)與信息科學(xué)完美結(jié)合的交叉學(xué)科。量子理論遠(yuǎn)不僅只是關(guān)于原子和亞原子的理論，它預(yù)示著人類對世界認(rèn)識的一種全新觀念，它對信息科學(xué)的革命性改造為后者開辟了全新的發(fā)展道路和應(yīng)用前景。 目前世界各地的研究小組提出了多種物理硬件方案以實(shí)現(xiàn)量子信息處理過程，其中腔量子電動力學(xué)(腔QED)是研究較早，發(fā)展較快，并且被認(rèn)為是最有前途的方案之一。由于退相干和當(dāng)前微觀粒子操控技術(shù)等的限制，人們認(rèn)為最終利用固體器件實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算

2、的可能性比較大。超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)有相對長的退相干時間，易擴(kuò)展；超導(dǎo)量子干涉儀作為量子比特，它的能譜可以通過偏壓脈沖調(diào)整；將超導(dǎo)量子干涉儀植入腔中，可以獲得SQUID與腔之間或SQUID之間的強(qiáng)耦合，抑制噪聲和自發(fā)輻射。正是因?yàn)槌瑢?dǎo)量子干涉儀與腔結(jié)合的這些優(yōu)點(diǎn)，才使得應(yīng)用SQUID-腔系統(tǒng)進(jìn)行量子信息處理的方案越來越成為人們近年來研究的重要課題。 量子克隆和量子算法的研究一直是量子信息的兩個重要課題，本文主要進(jìn)行了以下

3、兩方面的工作：一、提出實(shí)現(xiàn)腔中的超導(dǎo)量子干涉儀概率克隆的物理方案；二、提出用腔中的超導(dǎo)量子干涉儀實(shí)現(xiàn)Deutsch-Jozsa量子算法的物理方案。在第一項(xiàng)工作中，將高Q腔中的兩個超導(dǎo)量子干涉儀分別作為初始比特和目標(biāo)比特，腔模作為測量比特，首先通過腔模和經(jīng)典微波脈沖與SQUID的多種相互作用實(shí)現(xiàn)量子概率克隆機(jī)的幺正演化，然后將腔模態(tài)映射到另一個SQUID上，通過對該SQUID磁通量的測量完成狀態(tài)坍縮，從而以最優(yōu)的成功概率實(shí)現(xiàn)量子態(tài)的精確克

4、隆。本方案采用雙光子拉曼共振過程加快了操作速率，總操作時間遠(yuǎn)小于自發(fā)輻射和腔模衰變時間，因而在實(shí)驗(yàn)上是可行的。在第二項(xiàng)工作中，利用植入腔中的超導(dǎo)量子干涉儀作為量子比特，借助于腔和經(jīng)典脈沖的驅(qū)動，通過一系列單比特操作和控制非門實(shí)現(xiàn)了Deutsch-Jozsa量子算法。該方案可以推廣到多個量子比特輸入的情況，可用來很好地驗(yàn)證量子并行運(yùn)算的優(yōu)越性。該方案的主要優(yōu)點(diǎn)是將信息存儲在SQUID的兩個穩(wěn)定的低能級態(tài)上，并應(yīng)用SQUID與腔的大失諧相互