基于腔量子電動力學的量子相位門.pdf

1、量子信息學是量子力學和信息科學結合的產(chǎn)物，它是一門對量子態(tài)進行制備、傳輸、存儲、操控和讀取的交叉學科。聚焦于量子計算的腔量子電動力學(Cavity QED)本質上實現(xiàn)了對原子與光場相互作用過程的人工控制，使得人們能夠通過改變相互作用的方式有目的地影響原子-光場耦合體系的演化。因此，腔量子電動力學被認為是實現(xiàn)量子信息處理乃至量子計算機最有前景的物理體系之一。
　　本文研究的目的是探索基于腔 QED體系的量子相位門的物理實現(xiàn)。首先給出

2、在研究量子化的光場和原子相互作用時的基本模型，并討論在計算失諧相互作用時忽略快速震蕩項常用的近似方法－有效哈密頓方法。接著分別提出利用原子－腔模的共振相互作用和非共振相互作用來實現(xiàn)兩比特量子相位門的方案，最后利用原子作為固定比特而光子作為飛行比特，給出實現(xiàn)多比特受控相位門的方案。
　　在共振條件的方案中，由于腔模和原子的相互作用處于共振狀態(tài)，所以完成相位門操作所需的時間非常短，而且原子和腔場共振相互作用是不需要外場的參與，使得該方

3、案在實驗上易于實現(xiàn)。在門操作中基矢經(jīng)歷相同的阻尼過程，相位門對原子的自發(fā)輻射以及腔場中光子的泄露都不敏感，因此本方案具有較高的保真度。在非共振方案中，原子的兩個激發(fā)態(tài)可以絕熱消除而使兩個基態(tài)發(fā)生Raman耦合。在整個門操作過程中，兩原子都處于基態(tài)并且腔模只有弱激發(fā)態(tài)。因此門操作對原子的自發(fā)輻射，腔模的損耗以及腔模中的熱光子的存在都不敏感。在多比特受控相位門的方案中，利用原子的集合態(tài)作為控制比特，輸入、輸出脈沖單光子的偏振態(tài)作為受控比特。