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基于原子系综利用偶极封锁制备纠缠态和实现交换门

倪彬彬  
【摘要】:信息科学和量子力学的结合产生了一门新的交叉学科-----量子信息,它可以实现许多经典信息论无法完成的任务。量子信息科学主要包括量子计算、量子密码和量子通信等。量子纠缠在量子信息科学中是一个有价值的重要概念,特别是多比特纠缠态(如W态、GHZ态和Cluster态),是实现量子信息处理所需物理资源。而量子逻辑门是实现量子计算和量子通信任务的关键元件。 里德堡(Rydberg)原子系综做为实现量子信息处理的一种重要物理实现系统,在量子信息学中扮演着越来越重要的角色。这主要是因为里德堡原子具有许多奇妙的物理性质,及原子系综的集体增强效应。因此,研究基于里德堡原子系综的多比特纠缠态的制备和量子逻辑门的构造具有重要的理论和实际意义。本文的主要工作有以下几个方面: 1、利用偶极封锁制备GHZ态和Cluster态。首先,利用相邻两个原子系综间的偶偶相互作用,我们提出了制备N比特GHZ态的方案。接着,我们又提出了一种制备N比特Cluster态的方案。和以前的方案相比,我们的方案只需要经典光而不需要单光子源,这进一步降低了实验的难度。此外,我们的方案确定性地制备了多体纠缠态,而非概率性地制备,这种优势将随着比特数目的增加而更加突出。因而,我们的方案为产生大尺度的多比特纠缠态和在实验上实现大规模量子计算开辟了广阔的前景。 2、利用偶级封锁实现量子态转移和量子交换门。首先,利用相邻两个原子系综间的偶偶相互作用,我们提出了两个系综间量子态转移方案。接着通过引入一个辅助的原子系综,我们又提出了实现量子交换门方案。由于上述方案选择原子系综作为量子比特,可更有效地抑制退相干。且我们的方案在目前的实验条件下是有可能实现的。


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