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《中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)》 2007年
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多粒子纠缠态的制备

张小龙  
【摘要】: 量子纠缠是量子力学特有的现象,是量子物理区别于经典物理最奇特、最不可思议的特征之一。在量子信息领域中,量子纠缠扮演着十分重要的角色,被当作一种极为重要的资源广泛地使用于量子隐形传态、量子密集编码、量子密钥分配和量子计算等方面。另外它为人们更深刻的理解和进一步探索量子力学的基本问题以及为量子理论广泛、深入的应用提供了一条有效的途径。多粒子纠缠态比两粒子纠缠具有更为普遍的构成和性质,是量子信息科学走向应用不可缺少重要资源。充分探讨量子纠缠的特性在量子理论,特别是量子信息科学中具有十分重要的意义。我们主要开展了量子纠缠态制备的研究,其主要研究结果如下: 1.提出了在电子体系中实现基于测量的量子信息和量子计算所需的一种重要纠缠态——Cluster态以及如何建立纠缠态分析仪的方案;另外,提出了一个在无消相干子空间中实现电子的普适量子计算的方案,这样自由电子就能完全模拟光子。 2.利用腔QED系统,提出了一个可以确定性产生所有可能的纠缠光子GHZ态的方案。在该方案,包括两次原子与腔模的相互作用,其中第一次作用发生在两模光学腔中,第二次在微波腔中。然后通过测量原子的内态使得光子相互纠缠。通过这种方式产生的所有可能得到的两光子或多光子纠缠态是确定性的,而且产生的时间不随纠缠光子数的增加而增加。 3.基于腔QED物理系统,展示了如何在超导量子干涉仪的固体体系中实现Cluster态和W态。在该方案中,考虑了腔模衰减并且解析地分析了腔模衰减对量子纠缠态制备的影响。 4.提出了通过结合腔QED和线性光学的优点,有效地、高保真度地一步实现了四原子的Cluster态的方案,并展示了如何推广到更多原子的情况;另外,通过结合腔QED和线性光学,提出一个利用光子输入输出的方法来检测不同腔中原子态奇偶性,实现低纠缠度原子态纯化的方案。
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