基于超導(dǎo)電路系統(tǒng)和BEC的非經(jīng)典性質(zhì)研究.pdf

1、量子信息科學(xué)誕生于二十世紀(jì)八十年代，是一門利用量子力學(xué)原理來處理信息問題的交叉學(xué)科。其中包含很多的研究方向，主要的有量子計(jì)算、量子通信、量子度量學(xué)等。由于量子力學(xué)有著諸多不同于經(jīng)典力學(xué)的性質(zhì)，如量子態(tài)的疊加性和相干性等，導(dǎo)致人們?cè)诹孔有畔⒀芯恐邪l(fā)現(xiàn)了很多不同于經(jīng)典信息科學(xué)的現(xiàn)象如非局域性、量子糾纏等。也正是由于這些非經(jīng)典性質(zhì)的存在，使得量子信息科學(xué)在很多方面都表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢(shì)，如在進(jìn)行大量而快速的信息存儲(chǔ)、計(jì)算和傳輸?shù)确矫娑急冉?jīng)典信息強(qiáng)

2、大很多;量子態(tài)的疊加性使得量子計(jì)算有著強(qiáng)大的并行處理能力，因此它的計(jì)算速度是經(jīng)典計(jì)算所不能比擬的;由于量子態(tài)不可克隆和量子糾纏的存在，通過量子密碼和量子通信能實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全的長(zhǎng)程信息傳輸;量子度量學(xué)則能使測(cè)量的精度大幅提升，以至于突破經(jīng)典物理所能達(dá)到的極限——標(biāo)準(zhǔn)量子極限，直至逼近量子力學(xué)極限——海森堡極限。
　　在這篇論文中，第一章我們介紹了量子信息的一些基礎(chǔ)理論和之前提到的幾個(gè)研究領(lǐng)域包括量子計(jì)算、量子通信和量子度量學(xué)，其中重點(diǎn)

3、介紹了在提高測(cè)量精度方面有著重要應(yīng)用的自旋壓縮的知識(shí)，其中雙軸自旋壓縮態(tài)因能接近于海森堡噪聲極限而更受青睞。超導(dǎo)電路系統(tǒng)作為未來實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算最有前途的物理方案之一，也常被用來研究一些在量子信息領(lǐng)域有重要應(yīng)用的非經(jīng)典現(xiàn)象如雙光子激光等，在第二章中我們對(duì)其基礎(chǔ)理論進(jìn)行了介紹，包括約瑟夫森效應(yīng)、超導(dǎo)量子比特、超導(dǎo)傳輸線腔以及它們之間的相互作用。圍繞這些體系和非經(jīng)典特性，我們展開的研究具體如下:
　　1、將兩相互作用的超導(dǎo)磁通量子比特與超

4、導(dǎo)傳輸線腔耦合，我們提出了一個(gè)能產(chǎn)生雙光子激光的理論方案。在不考慮耗散等非相干過程時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，在一定的條件下，共振器的頻率能調(diào)節(jié)到與基態(tài)和最高激發(fā)態(tài)躍遷達(dá)到雙光子共振而中間的激發(fā)態(tài)遠(yuǎn)離任何共振。進(jìn)一步我們考慮系統(tǒng)的耗散并外加非相干泵浦，并研究了系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下的一些性質(zhì)，如各能級(jí)布居數(shù)分布、光子的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)、腔的輸出譜和壓縮性質(zhì)。通過對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)布居數(shù)反轉(zhuǎn)是由相干耦合、非相干泵浦以及系統(tǒng)的耗散之間的競(jìng)爭(zhēng)來實(shí)現(xiàn)的，而且最高激發(fā)態(tài)與

5、基態(tài)之間的雙光子過程占主導(dǎo)地位，此外在實(shí)驗(yàn)所能達(dá)到的參數(shù)下滿足雙光子激光所期望的Fano因子F＞1，進(jìn)而證實(shí)了在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)技術(shù)下此系統(tǒng)能用來實(shí)現(xiàn)雙光子激光。
　　2、我們提出了一個(gè)在玻色-愛因斯坦凝聚體系中通過加連續(xù)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)將單軸自旋壓縮變成雙軸自旋壓縮的理論方案。通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的振幅和頻率，我們得到一個(gè)有效的雙軸扭曲哈密頓量，能實(shí)現(xiàn)自旋壓縮系數(shù)∝N-1，接近海森堡極限，其中N為原子數(shù)。與Y C.Liu等人的方案[Phys.Rev.