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量子信息科学(QIS)是一个新兴的科学领域,它非常有潜力引起包括计算、通讯、高精度测量和基础量子科学在内的科学工程领域的一场技术革命。量子信息科学的萌芽可以追溯到二十年前,诸如Charles Bennett, Paul Benioff, Richard Feynman和其他先驱开始思考量子力学和经典图灵机的关联时开始的。
而量子纠缠是量子物理中的一个显著特征,也是量子信息中的基本资源,还能验证量子力学中的基本问题。纠缠在量子计算和量子通信中扮演着重要的角色,例如:在量子密码、量子隐形传输、纠错协议和量子高精度测量中的应用。在过去的十年中,纠缠态的制备引起人们极大的兴趣。理论上的制备方案和实验中的具体制备都有报道。在理论上已提出利用原子束、离子、光子等制备纠缠态,而在微腔里,实验中已经实现了两原子、三光子和四离子的纠缠。最近,人们开始致力于大量粒子纠缠态的制备的研究,特别是多粒子GHZ和W纠缠态的制备。制备这两种纠缠态的理论方案在以下几个物理系统和模型中已经被提出:原子-腔电动力学(CQED)、离子阱、核磁共振、线性光学器件、半导体量子点、海森堡XY模型以及四波混频。和这些物理系统相比,超导量子干涉仪因为其体积小,又属固体器件,有相对长的退相干时间,便于集成,是较为看好的系统。
本文的主要内容如下:
第一部分我们简单介绍了量子纠缠的基础知识包括其产生、发展的历史背景并且介绍了微波和腔场与超导量子干涉仪的耦合模型。
第二部分我们详细介绍了基于微波和腔场与超导量子干涉仪耦合模型我们提出的两种制备GHZ和W纠缠态的方案。
第一种方案是将大量的具有型三能级结构的射频超导量子干涉仪植入微腔中,选取任意两个超导量子干涉仪和微腔为研究对象。通过调节能级间隔,在大失谐情况下,利用经典脉冲对其进行操作,首先实现两超导量子干涉仪的纠缠,对其它的超导量子干涉仪重复同样的步骤,逐步实现所有超导量子干涉仪的GHZ和W纠缠态。第二中方案的情形就不一样,是利用两最低能级的直接拉曼耦合来制备目标纠缠态的。