论文部分内容阅读
量子力学的发现和量子信息学的产生为整个科学界的发展提供了强有力的工具.其中量子纠缠在量子信息理论和量子操作中扮演了重要角色,通过使用纠缠粒子的非局域性,许多新颖的结果已经被研究获得.近几年来,量子态的非局域性受到了科学家们的广泛关注,而量子操作的非局域性也具有同样重要的作用,其中最主要的表现在分布式量子计算的实现.分布式量子计算可视为一个多体处理器,其中每一个处理器中仅包含少量数目的量子比特,用它来作为量子通讯网络的节点.为了实现分布式量子计算,我们需要在量子网络的各个节点之间有效地传输量子数据及量子操作.量子通讯网络的各个节点之间可以通过量子通信信道(即:共享量子纠缠)产生相互作用.因此实现节点间的远程门操作,即非局域操作便成为了实现分布式量子计算的必要条件. 本篇论文我们首先介绍了几种利用局域操作,经典通讯及共享纠缠实现非局域量子操作的线路图,并分析了实现这些量子操作所需要的物理资源.然后我们以GHZ类态作为通道详细地描述了如何概率性地实现三比特非局域受控非操作,并分析了它所需要的物理资源及成功概率.利用腔输入输出过程理论我们又提出两个方案实现了两个量子比特的非局域受控非操作.方案中我们使用了两个原子,这两个原子分别位于两个远程的腔内,同时也需要一束入射光子及经典场的辅助.考虑到光子具有一些特殊的优点,如它与周围环境的相互作用很弱及可以利用线性光学的方法方便地实现单量子比特或多量子比特的量子逻辑门等,这些优点使得光子成为携带量子信息的最佳候选人,所以光子可以作为信息媒介从而使分布在不同节点之间的固态比特(如:中性原子,离子等)发生相互作用.我们提出的两个方案利用了由Kimble等人所提出的受控相位反转门.当选择κT≈1和g远远大于Γ(g是原子-腔的耦合劲度系数,Γ是能级|ei的自发辐射率)时,自发辐射概率很小,此时门的保真度几乎是1.如果我们考虑使用腔—波导系统来代替FP(Fabry-Perot)腔,门的保真度会达到99.998%.在单光子极化旋转能够被很好的实施的条件下,我们第一个方案的保真度为(0.99998)3≈99.94%,此方案中我们不需要使用探测器;在第二个方案中我们用到了探测器,但是路径长度大大减小,并且保真度为(0.99998)2≈99.96%.这两个方案的成功概率都为1,并且在当前的实验下可以被实现.