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多体量子纠缠态的制备

郑安寿  
【摘要】:量子纠缠是量子物理中最基本的概念之一。它的重要性不仅在于提供了一种有效的工具用以反驳局域隐变量理论,而且在量子信息过程中有许多重要的应用,如量子隐形传输、量子密码和量子计算机等。因此,寻找制备纠缠态的可靠方案是非常重要的工作。在过去的一二十年中,人们投入很多的努力致力于量子纠缠的制备等工作。两体以上的多体纠缠态已经成为一种稀缺资源在量子信息过程中有新的应用,如基于测量的量子计算、量子密码分享和量子模拟等,这些应用已超出了传统的量子计算范畴。另外,基于空间分离量子系统的纠缠态对于分布式量子计算是非常有效的。所有这些引起人们对于制备和操纵基于空间分离物理系统纠缠态的研究兴趣。 本论文主要提出一些基于远距离量子系统制备典型多体纠缠态的简单理论方法,主要工作包括以下几个方面: 利用光子的选择性发射和吸收过程,提出一种简单的理论方案实现N量子比特的GHZ态,该纠缠态是关于分布于用光纤连接的N个双模腔中原子的纠缠。这些A型三能级原子的激发态在大失谐的条件下己被绝热消除,且该方法仅需要一步就可以实现N量子比特的GHZ纠缠态,通过计算表明实验参数的偏离和退相干过程对于目标态的实现影响很小。 通过部分受激拉慢绝热过程,提出两种实现N量子比特的W态方案:第一个是用捕获在光纤连接的光学腔中的原子来制备W态;第二个方法是实现自组装量子点分子的W态,在量子点分子中,可以通过在量子点之间放置门电极来控制不同量子点之间的电子隧穿强度。这两种方法对于实验参数的涨落是不敏感的,也不需要精确控制实验时间。 金刚石中的氮空位中心被认为是一个在量子信息过程中很有希望的固态系统。通过纳腔的输入和输出过程,提出制备限制在光子晶体纳腔中的氮空位中心的N量子比特GHZ态。还提出利用两氮空位中心与二氧化硅微球腔中的回廊模式耦合产生两比特的三维纠缠态。 总之,希望本论文的研究不仅有利于实验中实现多体量子纠缠态,还可以促进量子信息的发展。


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