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《杭州师范大学》 2016年
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固态量子器件的量子态制备及逻辑门实现

刘通  
【摘要】:固态量子器件是近几年的国际前沿研究热点,也被认为是最有可能实现量子计算的系统之一。本文将着重研究超导比特和NV色心这两种固态系统在量子信息处理中的量子态制备及逻辑门操作。本文共分为五个章节:第一章为序言,主要介绍了本文的研究背景和固态比特的发展进程,并着重介绍了和本文相关的研究成果。第二章介绍了量子信息与量子光学方面相关知识,介绍后续章节所需要的基础理论知识和概念。第三章主要介绍了本文的一项研究工作,提出一种在电路QED中制备量子存储器的宏观W-型纠缠相干态的方案。创新点如下:本方案中我们采用的量子存储器为NV系综,每个NV系综分布在不同的腔中。本方案中的NV系综的初始态只需处于基态而无需制备到相干态,这将大大地减少实验的难度。在大多数的操作时间中,每个腔始终处于真空态,因此由腔衰减和腔与腔之间的串扰所引起的消相干将得到极大程度的遏制。此外,本方案只需要一个腔外耦合比特。制备好的W型纠缠相干态可以在NV系综中储存很长时间,然后传输到腔中,这在量子通讯中具有很好的应用潜力。本方案具有一般性,可以用来制备分布在不同腔中原子系综或者别的自旋系综的W型纠缠相干态。第四章主要介绍了本文的另一研究工作,在一个多腔体系中实现一种多目标比特的非常规几何相位门。创新点如下:该多比特相位门是由一个共同的控制比特控制着分布在不同腔中的目标比特,它只需要一步操作即可完成,同时操作时间与比特的数目无关,且只需使用每个比特的两个能级。该多比特门还是通用的量子逻辑门,如可以通过单比特的局域操作转换成两种在量子信息处理中重要的多目标比特相位门。本方案具有一般性,还可以用原子、量子点、NV色心、或超导比特等量子比特与多个腔耦合实现该多目标比特非常规几何相位门。第五章为结论与展望。
【关键词】:固态量子器件 超导比特 NV色心 电路QED W-型纠缠相干态 多比特 非常规几何相位门
【学位授予单位】:杭州师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O413
【目录】:
  • 致谢4-6
  • 摘要6-7
  • Abstract7-11
  • 1 序言11-34
  • 1.1 研究背景11-12
  • 1.2 固态量子比特的研究进展12-23
  • 1.2.1 超导量子比特12-20
  • 1.2.2 金刚石NV色心20-23
  • 1.3 腔QED及电路QED的研究进展23-33
  • 1.3.1 光学谐振腔与超导谐振腔23-25
  • 1.3.2 腔QED25-26
  • 1.3.3 电路QED26-28
  • 1.3.4 固态量子器件间的耦合机制28-33
  • 1.4 本文的结构和主要内容33-34
  • 2 基础知识介绍34-43
  • 2.1 量子比特和量子逻辑门34-38
  • 2.1.1 量子比特34
  • 2.1.2 量子逻辑门34-38
  • 2.2 几种常见的量子纠缠态38-40
  • 2.2.1 GHZ态39
  • 2.2.2 W态39
  • 2.2.3 簇态39-40
  • 2.2.4 NOON态40
  • 2.2.5 纠缠相干态40
  • 2.3 几何量子计算40-43
  • 2.3.1 基于阿贝尔几何相位的量子计算40-41
  • 2.3.2 基于非阿贝尔几何相位的量子计算41-43
  • 3 在电路QED中制备量子存储器的宏观纠缠相干态43-59
  • 3.1 研究背景与动机43-45
  • 3.2 制备NV系综的W-型宏观纠缠相干态45-53
  • 3.3 实验可行性分析53-57
  • 3.4 NV系综的W态传输57-58
  • 3.5 本章小结58-59
  • 4 多腔体系中的多目标比特非常规几何相位门59-74
  • 4.1 研究背景与动机59-63
  • 4.2 多腔系统的模型和哈密顿量63-65
  • 4.3 构建多目标比特的非常规几何相位门65-68
  • 4.4 实验可行性分析68-73
  • 4.5 本章小结73-74
  • 5 结论与展望74-76
  • 参考文献76-96
  • 作者简历与科研成果96-97

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1 刘通;固态量子器件的量子态制备及逻辑门实现[D];杭州师范大学;2016年
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相关作者
>王智勇 >刘通
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