在耦合腔系统中基于绝热过程和量子无跃迁驱动实现量子信息处理

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传统绝热技术是当前量子信息领域中非常成熟而且应用广泛的一种技术。对比其它技术,绝热技术的主要优点就是它能很稳定的抵制耗散和实验参数的一些波动,另外我们不需要准确控制系统的演化时间。但是,绝热技术要受到绝热条件的限制,在绝热条件的限制下,系统中量子态的制备往往需要很长的时间来进行演化。然而长时间的演化会增大系统中耗散和消相干等因素对方案造成的影响。所以,为了克服上述所说的这些不足,研究者们不断对绝热技术进行研究。近年来受到广泛关注的一种优化绝热方法叫做绝热捷径技术,该技术主要是利用非绝热路径进行加速演化,最终得到和绝热技术一样的结果。另外,耦合腔系统是把多个腔量子电动力学(C-QED)系统连接起来并进行有效的量子信息处理,在当前量子信息领域中是比较成熟而且有效的系统之一。所以,如何在耦合腔系统中利用绝热技术和绝热捷径技术实现纠缠态制备是现阶段研究者们研究的一个热点问题。本文主要工作是如何在耦合腔系统中利用绝热技术和绝热捷径技术实现单重态的制备。主要内容如下:第一章,首先简要介绍了量子信息的概念,量子纠缠以及常见的几种量子纠缠态。接着介绍了腔QED系统、耦合腔系统和J-C模型。最后简要概括了文章研究的主要内容以及文章结构。第二章,主要介绍了量子光学的基础知识。包括传统绝热过程、量子Zeno动力学和绝热捷径技术。其中详细介绍了绝热近似中的绝热条件和绝热捷径技术中的量子无跃迁驱动方法。第三章,主要是利用绝热过程来进行N原子单态的制备。首先,利用绝热过程的暗态演化进行两原子单态的制备。然后,用同样的方法制备N原子单态,并进行理论分析。数值模拟结果证明了这个方案对实验参数的波动以及耗散影响都具有鲁棒性,同时也不需要精确控制演化时间。第四章,利用第二章推导的量子无跃迁驱动方法构建绝热捷径并快速制备三原子单态。然后数值模拟证明该方案对耗散和实验参数波动也具有鲁棒性。同时也研究了如何选择实验参数来调整原子自发辐射和腔场耗散对我们方案的影响。最后,我们给出全文的总结和展望。
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