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三光子过程中两运动原子纠缠与超导比特分布量子计算

吴超  
【摘要】: 量子纠缠是量子计算与量子信息处理的重要物理资源,量子系统在通常情况下会受到周围环境的影响。环境和量子系统的相互作用一方面会引起退相干导致纠缠的衰减与死亡,另一方面在一定条件下,环境也可以诱导纠缠的产生;同时以量子计算和量子信息处理为内容的分布量子计算是量子信息领域的热点课题,而超导比特是分布量子计算的最佳候选对象,它们的介观量子相干已经在实验上得到了验证。 本文运用量子纠缠理论,研究光场和原子相互作用系统中的诱导纠缠,纠缠死亡和复活;运用量子计算理论,研究超导比特在分布量子计算中的应用。取得了如下一些有创新意义的结果: 第一章主要阐述了量子纠缠和量子计算的一些基本理论。简述了EPR佯谬和Bell不等式,量子纠缠态的定义和量子纠缠的度量方法;简述了修饰态,保真度和几种基本的量子逻辑门。 第二章采用共生纠缠度(Concurrence)方法,研究了与模场通过三光子过程相互作用的两个运动原子的诱导纠缠,纠缠死亡和复活。结果显示:诱导纠缠依赖于场的类型,平均光子数,场模的半波长数目和原子的初态;且发现了系统中纠缠死亡和复活现象,证明了纠缠死亡和复活的存在依赖于场模参数及其类型;同时三光子过程是高阶非线性过程。 第三章利用修饰态方法,提出了两个超导比特通过经典场驱动分别和两个远程LC回路相互作用(这两个LC回路通过互感与另外一个LC回路相连接),实现量子逻辑门的方案。结果显示:该方法可以实现量子态转换和量子纠缠门,同理通过调节系统参数,可以实现控制相位门和翻转门;并将两个超导比特拓展到多个超导比特,这样量子态可以从一个修饰超导比特传到下一个修饰超导比特,从而实现量子信息传输和产生多模纠缠态。 第四章进行了总结与展望。


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