多模腔QED位移几何相实现量子纠缠的研究

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本论文主要研究了量子理论中关于位移算符与几何相方面的一些问题及其在量子纠缠中的潜在应用。量子纠缠作为量子物理的重要资源,在量子信息与量子计算中具有重要而广泛的应用。纠缠容易受某些参数扰动的影响而导致退相干,所以需要有效克服消相干效应的办法。  基于几何相的内秉性或者说是整体几何性质可以避免某些局域无规则噪声的影响,对于建立具有容错性质的量子门和纠缠态有重要的意义。传统几何相在实现量子计算过程中需要采取额外的操作来消除动力学相位,增加了量子计算实现过程中的复杂性。非传统几何相不仅可以简化操作步骤,还提高了逻辑门的容错性,对几何相的研究在量子信息与量子计算中的应用有重要的意义。  本文在非传统几何相的基础上,探讨了在多模腔QED系统下如何高保真度地实现量子纠缠的研究方案。主要内容包括以下三个部分:  ①主要介绍量子信息与量子计算的历史现状,目前量子计算机在实验实现过程上所遇到的困难。以及关于量子信息与量子计算中一些重要的基本概念和基本原理:包括几何相的提出、发展及其推广,量子比特与一些基本的量子逻辑门,以及量子纠缠的定义和应用。  ②介绍常见的量子计算的物理实现,重点介绍腔量子电动力学中原子与场相互作用的全量子理论。在腔QED系统中基于位移算符导致非传统几何相的相关内容。  ③在腔QED系统中,提出了在强激光驱动下,利用原子与双模腔场的相互作用实现两量子比特纠缠的方案。分别讨论了在理想情况和具体的实际应用中存在耗散的情况下利用非传统几何相实现量子纠缠的可行性。我们发现在腔场存在耗散的情况下,我们的方案同样可以产生保真度为100%的两量子比特最大纠缠态,而衰减只影响了产生纠缠态的概率。我们的方案对环境的影响不敏感,对在具体实现纠缠态的实验过程中具有重要的研究意义。
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