在腔QED系统中基于Zeno动力学制备纠缠态

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量子力学与经典信息学的“纠缠”产生了如今的这个相当活跃的研究学科——量子信息学。在近些年里,这一门新兴学科爆发出极大的研究潜力,在它的各个研究领域都取得了极大的发展和突破,如量子计算、量子通信等。在实现量子信息处理的过程中,量子纠缠态的制备是其中不可缺少的一环。而腔量子电动力学(QED)系统是目前用于实现量子纠缠态制备、量子逻辑门操作等量子处理的一个比较理想的物理系统。这个系统在理论与实验上都有所发展和突破,可有力的支持量子信息学的发展。量子Zeno动力学在实现量子操作的过程中可以有效地抑制消相干效应。腔QED系统与量子Zeno动力学可以进行有效结合,用以研究量子纠缠态制备、量子逻辑门操作等量子信息处理。因此,在本课题中,我们着重于研究如何将量子Zeno动力学应用到腔QED系统中,从而实现量子纠缠态的制备。本文的主要内容如下:第一章,主要介绍了量子纠缠的基本概念以及常见的量子纠缠态,并着重介绍高维纠缠态和原子系综,突出这两者的优点。并且,我们简单介绍了本文涉及到的绘景与保真度的概念。在本章的结尾,我们简要的概括了本课题的研究重点并介绍了文章的结构。第二章,主要介绍腔QED系统和量子Zeno动力学的一些基础知识。本章第一节,简要介绍了腔QED系统的发展状况,着重介绍了光纤连接耦合腔系统的发展及优势,并简要介绍腔QED系统中的Jaynes-Cummings(J-C)模型。本章第二节,我们简要介绍了量子Zeno动力学的历史背景,从一维投影和多维投影这两个方面验证了量子Zeno效应,并阐述了如何去获得量子Zeno动力学,着重阐述了通过连续耦合获得量子Zeno动力学的这一方案。第三章,我们提出一个基于量子Zeno动力学制备囚禁在一个双模腔中的四个相同原子的Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态的方案。本方案中量子比特被编码在基态,可减小演化结束后原子自发辐射的影响。数值模拟表明,本章所提的方案对于实验参数的波动具有很好的鲁棒性,而且对于腔衰减不敏感。第四章,我们提出一个基于量子Zeno动力学制备分别囚禁在两个由光纤连接的腔中的单个受控原子与原子系综的三维纠缠态的方案。本章中,我们以含有大量相同原子的原子系综代替单原子作为基础比特进行相应的量子操作。数值模拟结果表明本方案对于腔衰减及光纤耗散不敏感,且对于实验参数上的波动具有很好的鲁棒性。
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