利用腔QED实现Bell门

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量子计算机在某些算法上比经典计算机有着更快的运算速度.这引起了近些年对量子计算理论和实验方面的研究.量子逻辑门是量子计算机的重要组成部分,是实现量子计算和量子信息处理的基础.量子计算机概念出现以后,各种逻辑门被相继提出.此后人们提出了许多方案,在各种不同的量子系统中实现这些量子逻辑门.为了实现分布式量子计算机,人们还提出了非局域量子逻辑门,它可以完成不同结点间的量子计算和量子信息处理.量子逻辑门的设计对量子计算机的运行速度有密切的联系,因此合理构建量子逻辑门对量子计算机的实现有着重要的意义.  本文中,我们构建了一种逻辑门—Bell门.这种逻辑门不但可以用来制备Bell态,在制备GHZ态、线性团簇态等方面也有着重要的应用.基于腔QED系统我们提出了两个方案分别实现两种不同的形式Bell门.第一个方案采用两个三能级原子分别与两个腔共振相互作用.首先,对两个原子分别执行经典脉冲,使其进行一定的旋转.然后,将两原子同时通入真空腔,适当地选择原子与腔的相互作用耦合率和时间.最后,其中一个原子再次通过经典场便实现了Bell门.方案执行过程中由于相互作用时间很短,这样在某种程度上便有效地抑制了消相干.方案二实现的是另一种形式的Bell门.借助于线性光学元件,我们使单光子有选择地与束缚在光学腔中的原子相互作用.当光子为h极化方向时,它将进入腔中分别与束缚在其中的原子相互作用;当光子为v极化方向时,它只与一个原子有相互作用.逻辑门实现过程中我们采用了时间延迟的方法避免不同操作间的冲突.我们采用的是腔的输入-输出过程,由于这一系统对环境噪声有抑制作用,因此基于当前的腔QED系统可以获得很高的保真度.这种Bell门实现过程中两个比特位于分离的点上,因此它对制备非局域的纠缠态有着积极的意义.另外,与第一种形式相比这种形式的Bell门有更广泛的应用.它不但可以制备纠缠态,如果对不同的粒子执行Bell门操作可以实现纠缠转换.
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