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《华中科技大学》 2010年
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相干介质中的量子调控研究

宋佩君  
【摘要】:量子信息科学是一门新兴的、以量子力学和经典信息学理论为主干的交叉学科。它在现代物理学的各个领域中都有不可忽视的影响力。量子信息学不仅对深入认识量子力学的基本原理具有重要意义,也有着广阔的应用前景。在量子信息科学中,纠缠态作为一种重要的物理资源,被广泛应用于量子计算、量子通信、量子密码学等领域。近年来,操控和制备量子纠缠态以及一些对量子态的调控操作成为量子物理和信息科学的热点问题。目前,很多系统都已经被用来作为研究量子调控的平台。例如,腔量子电动力学(腔QED)体系、核磁共振体系、量子点、囚禁离子系统等。其中腔QED系统可以有效的抑制原子-光子系统和周围环境之间的消相干,是最有前景的量子硬件设计方案之一。正是基于此,本文研究了腔QED系统中的量子调控,包括原子纠缠态的制备,空间分离的量子比特之间量子态的转移等。具体研究内容和取得的研究成果如下: 1.在一个开放的四能级原子系统中,基于关联自发辐射激光理论,提出了实现三分量连续变量纠缠态的理论方案。通过数值模拟系统的动力学行为,研究了纠缠态的制备和演化的性质,并分析了经典场强度以及腔模初始状态对三模纠缠产生的影响。结果表明,纠缠态的实现对初始条件不敏感,而纠缠时间的延长可以通过增大经典场的强度来完成。此方案的三模纠缠态具有三色性,这对于量子信息网络的发展具有一定的意义。 2.在一个腔-光纤耦合系统中,通过暗态演化的绝热近似方法,提出了实现原子的GHZ态和W态的理论方案。在此方案中,三个原子被囚禁在空间分离的三个光学腔中,这三个光学腔之间由两条光纤连接。在一定条件下,腔模和光纤模式的激发态的布居可以被忽略,同时原子的自发辐射衰减也能够被有效的抑制。数值模拟结果表明,本文方案对实验条件的误差不敏感。 3.基于经典场诱导原子相干效应,研究了一个新型的光与物质相互作用体系:两个单分子磁体分别嵌入通过光纤耦合的两个光学微腔中。该体系可以看做标准的腔量子电动力学系统。利用数值求解薛定谔方程,研究了系统的动力学演化过程。从理论上证明了通过选择合适的相互作用时间,可以将一个单分子磁体的量子态转移到另一个单分子磁体上。数值模拟表明量子态转移的保真度对单分子磁体的自发辐射和光纤损失均不敏感。此方案对固态量子比特间量子态转移的研究具有一定的意义。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O413

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