基于腔量子电动力学量子纠缠的制备和纠缠动力学的理论研究.pdf

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1、分类号学号D201177039密级学校代码10487博士学位论文基于腔量子电动力学量子纠缠的制备和纠缠动力学的理论研究学位申请人：刘思平学科专业：光学指导教师：吴颖教授答辩日期：2014年5月21日 AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofQuantumentanglementpreparationandtheoreticalresearchforentanglementdynamicsviacavityQEDsystemCandidate:LiuSipingMajor:O

2、pticsSupervisor:Prof.WuYingHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2014 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论

3、文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密，在年解密后适用本授权书。不保密。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日 摘要量子纠缠作为一种有用的“资源”被广泛应用于量子计算、量子密钥分配和量子通信等各个领域，其相关方面的理论和实验研究已经成为量子信息科学中的一个重要的课题。近年来，人们提出了各种量子系统来制备纠缠态，如离子

4、、电子自旋、光子、半导体量子点以及腔量子电动力学等。系统与环境之间不可避免的相互作用引起的退相干效应在很大程度上制约了量子纠缠态的制备以及相应的量子信息处理方案的实现。而腔量子电动力学系统在抑制退相干方面有不可比拟的优势，成为了制备、存储、控制纠缠态和实现量子信息处理的理想平台。本论文研究了基于腔量子电动力学系统纠缠态的制备以及纠缠动力学，其主要内容包括以下几个方面：1、研究了金刚石晶体中两氮-空缺中心之间纠缠的产生，讨论了两氮-空缺中心与高Q值的回音壁模式微环型谐振腔耦合时的纠缠动力学。分析了腔模之间的耦合强度、两氮-空缺中心之间的距离、氮-空缺中心与腔之间的频

5、率失谐以及系统的初态等参数对纠缠动力学的影响。适当的调节这些可控的参数，可以获得两氮-空缺中心之间的最大纠缠。2、提出与回音壁模式微腔耦合制备两偶极发射器之间最大纠缠的理论方案。在两金属纳米粒子的帮助下，偶极发射器与腔之间的耦合在很大程度上得到加强。应用这种混合的腔量子电动力学系统，我们获得了两偶极发射器之间的最大纠缠并讨论了耦合强度、系统初态以及频率失谐对纠缠的影响。3、基于量子芝诺效应，我们提出了产生两分离五能级原子之间三维最大纠缠态的理论方案。该方案中，两原子分别囚禁于两个由光纤连接的双模腔中，使用有效的量子芝诺动力学，我们只需要一步就可以确定性的、高保真度

6、的获得两原子之间的三维纠缠态，数值结果也显示，我I 们提出的方案对各系数的偏离是鲁棒性的，对各种退相干因素是不敏感的，同时讨论了在现有的实验技术条件下该方案的可行性。4、基于与光子分子的耦合，提出了产生两分离氮-空缺中心纠缠的方案。光子分子包含两相互耦合的光子晶体腔，腔-腔耦合强度以及氮-空缺中心与腔之间的失谐量可以决定两氮-空缺中心之间的纠缠动力学。通过适当的调节这些参数，可以得到相对高的纠缠值以及长时间的纠缠平台，这对实际的光子晶体平台实验是有帮助的。5、研究了单个氮-空缺中心与光子分子耦合时两光子之间的纠缠。氮-空缺中心嵌入光子分子中的一个光子晶体腔中，调节

7、腔-腔跃迁强度、氮-空缺中心与腔之间的频率失谐、以及两腔模之间的频率失谐等实验参数，可以实现光子-光子之间的长时间的稳定纠缠。本论文的研究进一步加深了对纠缠态以及纠缠动力学的认识和理解，为制备稳定的纠缠态提供了新的途径，对实现各量子信息处理方案具有一定的指导意义。关键词：量子纠缠;腔量子电动力学;纠缠动力学;量子芝诺效应;光子晶体;光子分子II AbstractAsanavailable“resource”,quantumentanglementhasbeenwidelyappliedtoquantumcomputing,quantumkeydistributio

8、nandq