量子相位門的腔QED方案實(shí)現(xiàn)研究.pdf

1、量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)是量子計(jì)算科學(xué)的關(guān)鍵，因此，尋找合適的物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的意義顯而易見(jiàn)．T．Sleator等人證明：任何幺正量子操作都可分解為一系列的單比特的旋轉(zhuǎn)操作和控制非(CNOT)門的操作，而CNOT門的操作又可分解為單比特的旋轉(zhuǎn)操作和條件量子相位門的操作．因此，尋找合適的物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)就約化為尋找合適的物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)二比特條件量子相位門． 條件量子相位門的腔QED方案的主要思想是將俘獲的原子約束在高品質(zhì)腔中

2、，把量子信息儲(chǔ)存在原子能態(tài)上，囚禁的原子作為量子寄存器(quatlturn register)，光腔用于量子信息的傳輸；但在本文中，采用了將原子射入腔中、只用腔的FOCK態(tài)或者同時(shí)用腔的FOCK態(tài)和原子的能級(jí)狀態(tài)承載量子信息的思想設(shè)計(jì)條件量子相位門．經(jīng)過(guò)研究，得出了幾個(gè)操作簡(jiǎn)單、技術(shù)上較容易實(shí)現(xiàn)且保真度非常高的量子相位門的腔QED方案；另外，還結(jié)合腔QED和囚禁離子的理論和技術(shù)，研究了不受Lamb-Dicke極限限制的量子腔內(nèi)囚禁離子的

3、條件量子相位門方案．提出的幾個(gè)方案在實(shí)驗(yàn)上都有可能實(shí)現(xiàn)，為量子信息處理和量子計(jì)算研究的實(shí)驗(yàn)工作者提供了非常有意義的參考方案。 本文主要內(nèi)容包括： 1、量子計(jì)算機(jī)的基本概念和基本理論簡(jiǎn)介。 2、腔量子電動(dòng)力學(xué)基本理論簡(jiǎn)介。 3、基于Λ型三能級(jí)原子為量子數(shù)據(jù)總線的雙模光場(chǎng)的條件量子相位門的實(shí)現(xiàn)方案研究。方案中采用了“雙模小失諧”和“雙模平衡耦合“的技術(shù)；分析討論了方案在實(shí)驗(yàn)上的可行性，并對(duì)邏輯門的保真度進(jìn)行

4、了計(jì)算，結(jié)果表明：方案的保真度非常高，實(shí)驗(yàn)上完全可以實(shí)現(xiàn)。 4、基于級(jí)聯(lián)型三能級(jí)原子做量子數(shù)據(jù)總線的雙模光場(chǎng)的條件量子相位門的實(shí)現(xiàn)方案研究．方案中采用了“雙模近平衡耦合”和“絕熱技術(shù)”等．這些技術(shù)的綜合運(yùn)用使得本方案比同類方案具有更高的保真度． 5、基于耗散條件下原子比特和腔模比特間的條件量子相位門的實(shí)現(xiàn)方案研究．級(jí)聯(lián)型四能級(jí)原子的二個(gè)亞穩(wěn)態(tài)做控制比特，量子腔模的二個(gè)FOCK態(tài)為目標(biāo)比特，利用級(jí)聯(lián)型四能級(jí)原子的二個(gè)激