腔QED和电路QED中的纠缠态和量子逻辑门Entangled states and quantum logic gates in cavity QED and circuit QED.pdf

《腔QED和电路QED中的纠缠态和量子逻辑门Entangled states and quantum logic gates in cavity QED and circuit QED.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博博博士士士学学学位位位论论论文文文腔QED和电路QED中的纠缠态和量子逻辑门ENTANGLEDSTATESANDQUANTUMLOGICALGATESINCAVITYQEDANDCIRCUITQED刘刘刘欣欣欣哈哈哈尔尔尔滨滨滨工工工业业业大大大学学学2015年年年7月月月国内图书分类号：O431.2学校代码：10213国际图书分类号：535.14密级：公开理理理学学学博博博士士士学学学位位位论论论文文文腔QED和电路QED中的纠缠态和量子逻辑门博士研究生：刘欣导师：刘树田教授申请学位：理学博士学科：光学所在单位：物理系答辩日期：2015年7月授予学位单位

2、：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O431.2U.D.C:535.14DissertationfortheDoctoralDegreeinScienceENTANGLEDSTATESANDQUANTUMLOGICALGATESINCAVITYQEDANDCIRCUITQEDCandidate:LiuXinSupervisor:Prof.LiuShutianAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofScienceSpecialty:OpticsAffiliation:DepartmentofPhysicsDateofDefen

3、ce:July,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要作为物理学近三十年最为激动人心的学科之一，量子信息处理取得了令人惊讶的成绩。对单个原子、光子、电子的独立操作日趋成熟，对量子信息处理基本原理的验证性操作也已得到实现。量子信息处理极大的改变了信息处理的概念，给人们展现了一种将深刻改变生产和生活的技术前景，正在吸引着众多研究人员的热情。量子信息处理重要的两个基本元素是纠缠态和量子逻辑门，本论文主要研究了这两种基本元素在腔QED和电路QED系统中的物理实现，希望为这方面

4、的研究提供理论上的支持。在超导比特与微波腔共振耦合的系统中，我们提出了一种实现超导比特三比特GHZ态和两比特相位门的方案。由于基于共振相互作用，方案所需时间较短。方案基于一种一个光子同时翻转两个比特的哈密顿，没有涉及任何的辅助粒子或辅助能级。并且在幺正演化下，方案可以1的保真度决定性的实现。这些研究为在微波腔中操纵超导比特实现纠缠态和逻辑门提供了一种新的方式。考虑腔模的泄露时，我们给出了方案成功概率和保真度的解析表达式，计算表明方案能以较高的成功概率和保真度实现。在超导比特与超导传输线耦合形成的电路QED系统中，我们提出了实现多比特GHZ态和W类态的方案。在

5、干涉计型磁通比特与传输线大失谐的相互作用下，我们可以得到一种只有原子自由度的有效哈密顿。这个哈密顿不改变系统比特的激发数，我们通过在不同激发数态矢间引入不同的相移可以实现GHZ态的构造。而通过改变同一激发数空间不同态矢之间的布居数可以实现W类态的构造。选择不同的演化时间，可以得到不同参数的W类态。我们分析了大失谐近似、退相干因素对方案保真度的影响，数值结果显示在现有的实验参数下，方案具有较高的保真度。并且这种方案的操作时间不随比特数增加而增长，结合电路QED的成熟集成电路工艺，可以实现良好的扩展性。在一种新型的非旋转波近似的电路QED系统中，我们提出了一种实

6、现单比特控制多比特的多比特相位门的方案。非旋转波近似的哈密顿是一种电路QED中新发展出来的模型，它通常具有较高的耦合强度，因此可以实现快速的量子信息处理。我们讨论了在两种不同条件下的有效哈密顿。一种是在色散范围内通过微扰近似得到有效哈密顿，一种是利用周期性演化得到特殊时间点的有效哈密顿。两种方式都是得到比特间的XX型耦合。基于这种有效的XX型耦合，我们用两步构造了多比特相位门。通过同时实施多个具有相同控制比特-I-哈尔滨工业大学理学博士学位论文和不同目标比特的两比特相位门，可以实现多比特相位门的实施。出于抑制腔模退相干影响的考虑，我们选择了一种中等的耦合强度

7、进行了数值模拟。在这一耦合强度下，多比特相位门可以9.6ns实现，并且我们方案的操作时间不随比特数目的增加而增长。这相对于其它多比特门的方案操作时间已相当的短。我们数值地分析了两种求得有效哈密顿的方法之间的关系，并讨论了退相干参数波动等因素对方案的影响，结果显示方案在现有实验参数下是可行的。最后对扩展性的讨论显示系统具有良好的扩展性。引入专门的方法控制系统退相干的不利影响也是近年来纠缠态制备中的一种常用方法。其中基于测量的反馈控制是一种相对容易实现的方法。我们在原子-腔QED系统中，研究了量子跳跃的反馈控制下失谐的耦合到单模腔的两原子的Bell态产生。我们先

8、研究了没有反馈时系统演化的稳态行为，发现对于没有激光