基于單個(gè)中性原子的量子比特操控.pdf

1、集成電路的最小尺寸已經(jīng)達(dá)到10nm。隨著經(jīng)典計(jì)算機(jī)中單個(gè)比特尺寸越來(lái)越小，集成電路中單比特的尺度逐步接近單個(gè)原子的尺度，這時(shí)就會(huì)表現(xiàn)出量子特性，不再遵循經(jīng)典物理的定律。科學(xué)家們基于量子力學(xué)效應(yīng)提出了量子比特和基于量子比特的量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)用量子比特來(lái)存儲(chǔ)信息和執(zhí)行計(jì)算。許多物理系統(tǒng)都可以作為量子比特，例如單光子、超導(dǎo)環(huán)、量子點(diǎn)、單離子、核自旋、受控中性原子等。相比于其他物理系統(tǒng)，編碼于受控單原子基態(tài)的量子比特不易受外界電場(chǎng)和磁場(chǎng)的

2、干擾。更重要的是中性原子穩(wěn)定、干凈的基態(tài)使得量子比特有較長(zhǎng)的退相干時(shí)間。而且光學(xué)泵浦、雙光子拉曼過(guò)程、共振微波脈沖、共振熒光探測(cè)技術(shù)、里德堡原子長(zhǎng)程相互作用等為操控中性原子量子比特實(shí)現(xiàn)量子邏輯門(mén)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)手段。所以中性原子量子比特成為演示基本量子信息過(guò)程的重要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　本論文的主要內(nèi)容是基于單個(gè)中性原子的量子比特操控的實(shí)驗(yàn)研究，延長(zhǎng)中性原子比特的退相干時(shí)間，并將受控單量子比特應(yīng)用到基本物理問(wèn)題的研究方面。主要工作概括

3、如下:
　　1).設(shè)計(jì)構(gòu)建了兩套全光纖磁光阱系統(tǒng);
　　2).利用強(qiáng)聚焦的1064nm的紅失諧偶極阱實(shí)現(xiàn)了單個(gè)銫原子的俘獲，優(yōu)化了阱內(nèi)原子的溫度，利用釋放再捕獲法測(cè)量了阱中的原子溫度;
　　3).利用雙光子拉曼光過(guò)程操控單個(gè)原子比特，制備了|6S1/2，F(xiàn)=3，mF=0>和|6S1/2，F(xiàn)=4，mF=0>任意的疊加態(tài)，測(cè)量了單量子比特的退相干時(shí)間為3.4ms;
　　4).利用780nm激光構(gòu)建了瓶子狀的藍(lán)失諧偶極

4、阱并俘獲了單個(gè)原子，利用微波場(chǎng)操控原子比特，測(cè)量了原子比特的退相干時(shí)間約為10ms;利用量子態(tài)層析技術(shù)測(cè)量了制備的量子態(tài)的保真度，利用量子過(guò)程層析技術(shù)測(cè)量了旋轉(zhuǎn)門(mén)操作的保真度;對(duì)比了紅移阱與藍(lán)移阱的結(jié)果。
　　5).在1.39G的量子化磁場(chǎng)下，利用|6S1/2F=3，mF=-1>和|6S1/2F=4，mF=1>間的躍遷頻率對(duì)磁場(chǎng)波動(dòng)不敏感，抑制由磁場(chǎng)噪聲引起的均勻退相干機(jī)制，延長(zhǎng)了均勻退相干時(shí)間，達(dá)到1s;
　　6).利用在