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二十世纪八十年代以后发展起来的量子信息学是量子力学和信息科学结合的产物,量子信息理论可以解决许多经典信息所不能够完成的信息处理功能。经过20多年的发展,人们已取得了一系列重要突破,使得该学科已成为当前国际前沿热点课题之一。在量子信息领域,腔量子电动力学(CavityQED)被认为是实现量子信息处理乃至量子计算机最有前景的物理体系之一,利用腔QED系统可以实现原子量子比特和光子量子比特之间的转变,从而完成量子信息过程。本文研究利用腔QED系统来制备最大纠缠态,以及利用腔QED系统实现空间相距遥远的原子的信息浓缩过程,得到了一系列有意义的结果:第一章首先对量子纠缠概念产生的历史背景作了简单回顾,接着重点介绍了量子纠缠的基本理论,具体给出了量子纠缠的定义、几类常见的纠缠态、纠缠的量度、纠缠操纵的物理手段以及量子不可克隆定理,为下面章节的研究工作做理论准备。
第二章介绍了腔QED系统的基本理论,着重阐述了腔QED系统中制备纠缠态和实现量子隐形传态的技术,为研究利用腔QED系统和纠缠交换制备最大纠缠态以及利用腔QED系统实现遥远原子的信息浓缩打下基础。
第三章研究腔QED系统中最大纠缠态的制备。我们提出了在腔QED系统中利用纠缠交换技术从相同的初态制备光子-光子最大纠缠态和原子-光子最大纠缠态的方案。我们提出的方案的优点是初始纠缠态的制备相对简单,同时也可避免人们常用的Bell基的测量,使得该方案在实验上更加容易实现。
第四章研究腔QED系统中实现遥远原子的信息浓缩。我们具体提出了实现两个、三个直至n个二能级原子的远程信息浓缩的方案,这个方案的特点是不需要进行人们常用的对两原子比特的Bell基测量,而且所运用的是原子与场的大失谐相互作用,使得该方案对腔的衰减和热辐射场都不敏感。我们的结果证明,利用与腔QED类似的方法,同样可以实现对遥远离子的信息浓缩。