量子信息论通常包括量子通信和量子计算两个部分。它是近10多年来量子理论与信息科学相结合的产物,是一片刚刚崛起、十分广阔的新兴交叉学科领域。它于20世纪70年代诞生,20世纪80年代末期开始发展,现在仍然处于迅速发展的初期阶段。 为了进行量子信息处理,我们需要构造能对量子位操作的量子硬件,腔量子电动力学(腔QED)方案是目前最有前景的量子硬件设计方案之一。腔QED的主要思想是将俘获的原子约束在高品质腔中,腔场与原子具有很强的非线性相互作用,这种作用导致腔场和原子处于纠缠态。因此,我们可以利用腔QED方案进行量子态的制备,量子通信以及量子计算等量子信息处理。随着腔QED实验的进展,我们需要进一步探索新理论方案用于处理量子信息。本文着重研究腔QED在量子信息中的应用,主要包括以下几个部分: 1.腔QED方案的理论基础和实验进展。首先我们用二次量子化方法得到描述辐射场与原子相互作用的哈密顿量,在单模场情况下得到常用的Jaynes-Cummings(J-C)模型。然后对腔QED的实验装置做了简要介绍。 2.原子纠缠态的腔QED方案。通过共振和大失谐作用分别实现了原子纠缠态-EPR态、W态、GHZ态的制备。 3.原子受控非门(CNOT门)的腔QED方案。通过大失谐作用以及共振和大失谐两种作用分别实现了两个原子之间的受控非门操作。 4.耗散情况下的腔QED方案。因为量子系统与环境存在耦合,所以退相干不可避免。我们介绍了如何利用无消相干子空间(DFS)制备原子纠缠态并且实现原子之间的受控非门操作。我们对原有的受控非门方案做了改进,使得实验上更具可行性。