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《腔QED和電路QED中的糾纏態(tài)和量子邏輯門Entangled states and quantum logic gates in cavity QED and circuit QED.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、博博博士士士學(xué)學(xué)學(xué)位位位論論論文文文腔QED和電路QED中的糾纏態(tài)和量子邏輯門ENTANGLEDSTATESANDQUANTUMLOGICALGATESINCAVITYQEDANDCIRCUITQED劉劉劉欣欣欣哈哈哈爾爾爾濱濱濱工工工業(yè)業(yè)業(yè)大大大學(xué)學(xué)學(xué)2015年年年7月月月國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：O431.2學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：535.14密級(jí)：公開理理理學(xué)學(xué)學(xué)博博博士士士學(xué)學(xué)學(xué)位位位論論論文文文腔QED和電路QED中的糾纏態(tài)和量子邏輯門博士研究生：劉欣導(dǎo)師：劉樹田教授申請(qǐng)學(xué)位：理學(xué)博士學(xué)科：光學(xué)所在單位：物理系答辯日期：2015年7月授予學(xué)位單位
2、：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:O431.2U.D.C:535.14DissertationfortheDoctoralDegreeinScienceENTANGLEDSTATESANDQUANTUMLOGICALGATESINCAVITYQEDANDCIRCUITQEDCandidate:LiuXinSupervisor:Prof.LiuShutianAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofScienceSpecialty:OpticsA?liation:DepartmentofPhysicsDateofDefen
3、ce:July,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要作為物理學(xué)近三十年最為激動(dòng)人心的學(xué)科之一，量子信息處理取得了令人驚訝的成績(jī)。對(duì)單個(gè)原子、光子、電子的獨(dú)立操作日趨成熟，對(duì)量子信息處理基本原理的驗(yàn)證性操作也已得到實(shí)現(xiàn)。量子信息處理極大的改變了信息處理的概念，給人們展現(xiàn)了一種將深刻改變生產(chǎn)和生活的技術(shù)前景，正在吸引著眾多研究人員的熱情。量子信息處理重要的兩個(gè)基本元素是糾纏態(tài)和量子邏輯門，本論文主要研究了這兩種基本元素在腔QED和電路QED系統(tǒng)中的物理實(shí)現(xiàn)，希望為這方面
4、的研究提供理論上的支持。在超導(dǎo)比特與微波腔共振耦合的系統(tǒng)中，我們提出了一種實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)比特三比特GHZ態(tài)和兩比特相位門的方案。由于基于共振相互作用，方案所需時(shí)間較短。方案基于一種一個(gè)光子同時(shí)翻轉(zhuǎn)兩個(gè)比特的哈密頓，沒有涉及任何的輔助粒子或輔助能級(jí)。并且在幺正演化下，方案可以1的保真度決定性的實(shí)現(xiàn)。這些研究為在微波腔中操縱超導(dǎo)比特實(shí)現(xiàn)糾纏態(tài)和邏輯門提供了一種新的方式?？紤]腔模的泄露時(shí)，我們給出了方案成功概率和保真度的解析表達(dá)式，計(jì)算表明方案能以較高的成功概率和保真度實(shí)現(xiàn)。在超導(dǎo)比特與超導(dǎo)傳輸線耦合形成的電路QED系統(tǒng)中，我們提出了實(shí)現(xiàn)多比特GHZ態(tài)和W類態(tài)的方案。在
5、干涉計(jì)型磁通比特與傳輸線大失諧的相互作用下，我們可以得到一種只有原子自由度的有效哈密頓。這個(gè)哈密頓不改變系統(tǒng)比特的激發(fā)數(shù)，我們通過在不同激發(fā)數(shù)態(tài)矢間引入不同的相移可以實(shí)現(xiàn)GHZ態(tài)的構(gòu)造。而通過改變同一激發(fā)數(shù)空間不同態(tài)矢之間的布居數(shù)可以實(shí)現(xiàn)W類態(tài)的構(gòu)造。選擇不同的演化時(shí)間，可以得到不同參數(shù)的W類態(tài)。我們分析了大失諧近似、退相干因素對(duì)方案保真度的影響，數(shù)值結(jié)果顯示在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)參數(shù)下，方案具有較高的保真度。并且這種方案的操作時(shí)間不隨比特?cái)?shù)增加而增長(zhǎng)，結(jié)合電路QED的成熟集成電路工藝，可以實(shí)現(xiàn)良好的擴(kuò)展性。在一種新型的非旋轉(zhuǎn)波近似的電路QED系統(tǒng)中，我們提出了一種實(shí)
6、現(xiàn)單比特控制多比特的多比特相位門的方案。非旋轉(zhuǎn)波近似的哈密頓是一種電路QED中新發(fā)展出來的模型，它通常具有較高的耦合強(qiáng)度，因此可以實(shí)現(xiàn)快速的量子信息處理。我們討論了在兩種不同條件下的有效哈密頓。一種是在色散范圍內(nèi)通過微擾近似得到有效哈密頓，一種是利用周期性演化得到特殊時(shí)間點(diǎn)的有效哈密頓。兩種方式都是得到比特間的XX型耦合。基于這種有效的XX型耦合，我們用兩步構(gòu)造了多比特相位門。通過同時(shí)實(shí)施多個(gè)具有相同控制比特-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位論文和不同目標(biāo)比特的兩比特相位門，可以實(shí)現(xiàn)多比特相位門的實(shí)施。出于抑制腔模退相干影響的考慮，我們選擇了一種中等的耦合強(qiáng)度
7、進(jìn)行了數(shù)值模擬。在這一耦合強(qiáng)度下，多比特相位門可以9.6ns實(shí)現(xiàn)，并且我們方案的操作時(shí)間不隨比特?cái)?shù)目的增加而增長(zhǎng)。這相對(duì)于其它多比特門的方案操作時(shí)間已相當(dāng)?shù)亩?。我們?shù)值地分析了兩種求得有效哈密頓的方法之間的關(guān)系，并討論了退相干參數(shù)波動(dòng)等因素對(duì)方案的影響，結(jié)果顯示方案在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)參數(shù)下是可行的。最后對(duì)擴(kuò)展性的討論顯示系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性。引入專門的方法控制系統(tǒng)退相干的不利影響也是近年來糾纏態(tài)制備中的一種常用方法。其中基于測(cè)量的反饋控制是一種相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的方法。我們?cè)谠?腔QED系統(tǒng)中，研究了量子跳躍的反饋控制下失諧的耦合到單模腔的兩原子的Bell態(tài)產(chǎn)生。我們先
8、研究了沒有反饋時(shí)系統(tǒng)演化的穩(wěn)態(tài)行為，發(fā)現(xiàn)對(duì)于沒有激光
