利用人造原子制备团簇态

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1、摘要本文提出了利用具有循环布居数变换的三能级人造原子制备团簇态的方案．这种原子是由超导量子电路实现的，我们是利用三能级人造原子与双模腔相互作用制备团簇态的，同时一个经典场与原子的两个最低能级相耦合来进行辅助作用．因为附加的外场与原子的两个较低能级之间的耦合给我们提供了新的可控参数，所以我们的方案不同于利用传统的原子系统的方案．这类团簇态只包含了原子的亚稳态，因此不受原子自发辐射的影响．关键词：纠缠态；人造原子；团簇态AbstractW毫prop08easchemetogenerateclllsterstateu8ingthree-levelartificialatom8衍thc

2、yclicpopuIationtran8fer．Thiskindofatomscanbeimplementedbya8uper-conductingquantumcircuit．Wbutilizetheato脚interactwithabimod甜cavity蹰dadassical矗eldi8synchronou8lycoupledwithitstwolo嗍teIler科level8．Ourschemei8n删anddi矗brent矗omthecoIIventionalatoIIlicsyste脚，8incetheaddi．tionalcouplingbetweentheext

3、ern猷丘eldandthetwolowe8tenergylevel8provide8u8anewpafametertocontrolthe8ystem，Theclu8ter8tatesonlyinv01ve瑚砒a8tablestate8oftheato脚，thu8arenot胡ktedby8pont8J1eotlsemission．1(eywDrds：entan舀ed8ta七e；arti丘ciala七om；clu8ter8t8teII插图目录2．1三能级原子能级结构图3．1三个约瑟夫森结构成的超导环．．．．．3．2三能级人造原子的能级结构图．．．．．3．3有效A一型跃迁的能级

4、结构图．．．．．2㈣∽∞第一章引言随着科学的发展，物理研究也逐步进入到了量子力学的时代．量子纠缠现象作为量子力学特有的现象是首先由Einstein-PodolskpRDsen【l】等人注意到的．量子纠缠现象是量子力学不同子经典物理最奇特，最不可思议的特征．如果几个子系统构成的复合系统处于一个纯态，而这个系统的纯态不能写成子系统纯态的直积态．在这种情况下，即使子系统被分离，它们也是相互关联的．从数学角度分析，它意味着由多个粒子构成的系统的波函数不能被因式分解成独立的单粒子的波函数乘积形式．由于纠缠态的这种特殊的物理性质，使其在量子信息学【2，3】中扮演着极为重要的角色，为信息传输

5、和信息处理提供新的物理资源，开发和应用这些新资源就够成了量子信息学研究的重要目的，例如，量子隐形传送f““，量子秘密共享114一”，量子安全直接通讯11脚q，量子纠错12q和量子密钥分配12}28】等等，都是以量子纠缠态作为资源进行信息传输和信息处理的．过去的几十年中，我们所研究的纠缠态按照其比特数及纠缠类型可以分为二粒子最大纠缠态Einstein_Podolsky-RDsen(EPR)、Grennberge卜Home-Zeilinger(GHz)态∞j和W态㈤．这些传统的纠缠态，在过去的时间里已经被科学家们大量地研究，并提出了许多制备各类纠缠态的方案，如利用光学系统【3”，腔

6、QED系统㈣，离子阱系统【331等制各纠缠的方案．这些方案给了我们很多启发，从纠缠态的制备过程进一步了解纠缠态的特性以及纠缠态的应用等，第一章引言最近量子计算机正在受到越来越多的关注，因为量子计算机比经典计算机具有更加强大的功能㈣．量子计算机不仅能够解决经典计算机很难解决的问题，还能加快一些计算的速度l睁卅．所以现在有很多研究者正在开发研究量子计算机，以及有关的量子计算，量子信息等【38删．团簇态(clIlsterstate)【4I】作为量子计算机的基础，也是一种特殊的纠缠态，它是基于量子计算的主要测量因素，像一步量子计算都是应用团簇态来实现的【421．Nielsen曾经指出利

7、用线性团簇态的任何量子计算都可以在经典计算机上进行模拟㈣．团簇态虽然表面上类似于GHz态和W态，并且具有和这两种纠缠态类似的性质，但它却比这两种纠缠态拥有更强大的纠缠持续性，更稳定的纠缠关联，所以很难通过简单的测量进行破坏，而且也不易受到退相干作用的影响．而且团簇态也可以作为制备其他多比特纠缠态的重要资源．由于团簇态的这种独一无二的物理特性，它正在被广泛地研究并应用于物理学的各个领域，特别是在量子计算领域里，发挥着很重要的作用．因此，许多科学家都开始研究团簇态并且试图运用各种方法来制备团簇态