腔QED中基于W態(tài)的量子信息處理的研究.pdf

1、量子信息學(xué)是量子力學(xué)和信息科學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興交叉學(xué)科。由于利用量子力學(xué)規(guī)律去處理信息，量子信息學(xué)有著許多經(jīng)典信息學(xué)所無法比擬的優(yōu)勢(shì)，由此吸引了廣泛的研究熱情。量子信息通常包括量子通信和量子計(jì)算兩部分。量子隱形傳態(tài)和量子秘密共享是量子通信中的重要研究?jī)?nèi)容，這兩種過程的實(shí)現(xiàn)對(duì)量子通信走向?qū)嵱没哂懈拘缘囊饬x。目前，人們提出多種物理硬件方案以實(shí)現(xiàn)量子信息過程，其中腔量子電動(dòng)力學(xué)(Quantum Electronic Dynamics

2、，QED)是研究的比較早，發(fā)展的比較快，并且被認(rèn)為是最有前途的方案之一。 腔QED的核心就是將俘獲的原子約束在高品質(zhì)腔中，把量子信息存儲(chǔ)在原子能態(tài)上，由于腔內(nèi)原子與腔模的耦合，導(dǎo)致了原子間的相互作用，并且原子-光子系統(tǒng)和周圍環(huán)境之間的消相干(decoherence)作用可以在很大程度上被抑制。 量子糾纏為量子通信提供信道，糾纏態(tài)的選擇影響到通信的成功率和穩(wěn)定性。作為量子信道而言，多粒子糾纏比兩粒子糾纏具有更多的自由度。W

3、態(tài)和GHZ態(tài)是三粒子糾纏的兩種基本類型。三量子比特的W態(tài)在任何一個(gè)粒子脫糾纏后仍能保持兩粒子的糾纏態(tài)，具有很強(qiáng)的魯棒性，這個(gè)性質(zhì)是GHZ態(tài)不具備的。因此，在利用多粒子糾纏態(tài)來實(shí)現(xiàn)量子信息過程時(shí)，采用W態(tài)比采用GHZ態(tài)具有更多的優(yōu)勢(shì)。 本文中，我們首先介紹了關(guān)于量子信息的基本概念和量子信息過程所依賴的基本資源，正是這些特有的資源，使得量子信息和經(jīng)典信息相比具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。接著，介紹了量子信息的物理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，詳細(xì)說明了腔QED的

4、實(shí)現(xiàn)方法，包括其基本理論和發(fā)展現(xiàn)狀。然后，詳細(xì)研究了量子隱形傳態(tài)的原理，并在考察三粒子的w糾纏態(tài)基礎(chǔ)上，提出了在腔QED系統(tǒng)中以W態(tài)為量子信道，以實(shí)現(xiàn)成功率為1的量子隱形傳態(tài)的方案。在此基礎(chǔ)上，還提出了量子秘密共享的腔QED實(shí)現(xiàn)方案。因?yàn)槲覀儾捎靡粋€(gè)W型態(tài)取代一個(gè)GHZ態(tài)作為量子信道，所以我們的方案對(duì)退相干有更強(qiáng)的魯棒性。與GHZ態(tài)相比，n粒子W態(tài)的制備不需要輔助原子且需要的腔更少，因此我們的方案比使用GHZ態(tài)的方案更容易實(shí)現(xiàn)。并且，我