利用量子Zeno动力学和量子无跃迁驱动方法实现多粒子纠缠态的制备

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量子纠缠态作为量子力学中的重要概念,已经被广泛地应用到了量子信息学各个方面,它已经成为量子信息学的重要载体和基石。所以量子纠缠态的制备可以说是实现量子信息的一个重要前提,因此,量子纠缠态的制备也成为量子信息学研究的一个重要课题。在多种纠缠态中,我们注意到多粒子的最大纠缠态,它能够显示出更多的非经典效应。但是随着粒子数增加,纠缠态制备的难度将会随之增大。近些年,人们为多粒子纠缠态的制备做了大量的研究工作。其中,腔量子电动力学(QED)系统作为现代量子信息学研究领域的一个重要工具越来越受到人们的关注。本文着重研究了在腔QED系统中通过利用量子Zeno动力学和量子无跃迁驱动方法制备出多粒子的最大纠缠态,主要内容和构架如下:第一章,主要介绍了量子纠缠以及常见的三种最大纠缠态;简要阐述了腔量子电动力学、光纤和腔的耦合以及原子Jaynes-Cummings模型;在最后一部分介绍了本文的研究重点以及主要内容。第二章,主要阐述了在制备纠缠态过程中所用到的动力学系统。介绍了量子Zeno动力学,量子无跃迁驱动方法以及绝热演化过程(特别是受激拉曼绝热过程)。此外,还介绍了构建绝热捷径的另一种主要方法,即Lewis-Riesenfeld理论,以期加强大家对绝热捷径构建的理解。最后,介绍了时间平均方法,它在求解大失谐系统的有效哈密顿量方面非常简单便捷。第三章,讨论了在分离的耦合腔中通过量子Zeno动力学制备多粒子的最大纠缠态。本章中利用了由光纤连接的耦合腔系统以及大失谐的条件。本方案可以实现任意粒子数的最大纠缠态的制备。数值模拟的结果显示,方案对光纤的泄漏具有鲁棒性。第四章,结合量子Zeno动力学和量子无跃迁驱动方法来构建绝热捷径实现任意粒子数的最大纠缠态的制备。文中也提到了在这个系统中构建所需要的附加哈密顿量的方法,这是因为量子无跃迁方法所需要的哈密顿量往往在实验上不能够实现。另外,将绝热捷径方法和绝热演化方法进行对比,发现前者不仅仅比后者演化速度快,而且保真度也几乎一样。最后给出了全文的总结与展望。
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