双腔耦合量子电动力学特性研究

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量子计算是最近几十年来,量子力学和信息科学的发展产生的一门新的交叉学科,其为信息时代提供了新的机遇和挑战。传统计算机受限于硬件升级的瓶颈,新兴起的量子计算受到了世界各国的高度关注。目前,腔 QED[1-4]、离子阱[5-9]和超导比特[10-11]等物理体系被认为有可能实现量子计算。其中腔 QED方案由于采用光子作为信息储存和处理的载体,操作时间较短,有利于实现量子计算,从而受到广泛的关注。本文主要研究了双腔耦合动力学模型,其主要内容包括:  第一章简要介绍了量子计算的基本概念和基本理论。其中包括量子力学的一些基本概念和几种常见的量子计算机实现方案介绍。  第二章主要研究在恒定频率外加激光驱动下,含有两能级量子比特的双腔耦合系统的动力学行为。根据系统的相互作用哈密顿量,解出了系统量子态的激发概率的解析解。通过数值模拟方法,讨论了三种特定情况下系统的动力学特性:在外加脉冲与腔场发生近共振、比特与腔膜大失谐条件下,腔膜的最大激发概率小于0.07,腔膜处于非激发状态,比特的激发概率出现瞬时的衰减;在比特与腔膜强耦合条件下,腔膜的激发概率近似0.5,腔膜处于半激发状态,比特的激发概率出现高频振荡;在腔场之间大跳跃条件下,腔膜的最大激发概率小于0.07,腔膜处于非激发状态,比特的激发概率出现高频振荡。  第三章主要讨论了双腔耦合系统中对量子信息的操作,通过分析在一些特殊的参数条件下系统的量子动力学特性,对系统中量子信息传递的有效性进行了判断,并找到了一些通过对系统参数的特定处理,以达到对系统中量子信息传递的选取、激发、暂停等操作的方式,进一步探讨了腔QED方案对量子信息操作的实现。  第四章对本论文的研究工作进行总结和展望。
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