退相干自由子空间中的腔量子点系统研究

摘要

量子信息学是经典信息论与量子力学相结合的新兴交叉学科，主要研究内容有量子密码、量子通信和量子计算。量子信息以量子态作为信息的载体具有经典信息不具备的传输能力和安全性。量子纠缠是量子世界的独有现象，而量子纠缠态可以作为一种重要的物理资源，都在量子信息中具有重要的作用。
　　量子信息因为需要信息的交换不可能完全处于一个封闭的系统，因此量子态不可避免的会与环境态发生相互作用致使发生退相干。在克服退相干的方案中，最常用是腔量子电动力学、退相干自由子空间和量子纠错码。退相干自由子空间的实质是量子避错码，和量子纠错码都属于量子编码。量子点在腔QED中具有较长的囚禁时间且可以精确的寻址，可以将量子点上的量子态作为量子比特的载体。将这样的量子比特编码为退相干自由子空间，并在腔中制备纠缠态。用光子作为传输量子比特并将腔链接起来，构成具有量子门以及量子信道的量子网络。
　　本文分为五章，在第一章介绍了研究背景。第二章先是对光学腔及其品质因子、腔模类型、稳定性和损耗做了简述，然后简介在腔中的二能级原子与腔模的相互作用半经典理论和全量子理论的处理方法，最后叙述了腔量子电动力学的基本理论。第三章先介绍了退相干自由子空间及其存在条件，并列举了一个简单的例子，之后列举了由经典编码向量子编码扩充时遇到的困难及解决方法，并对量子纠错码做了介绍，最后简述了退相干自由子空间在量子信息处理中的应用。第四章是我们所做的研究工作，在退相干自由子空间中，结合腔QED系统和固态量子点系统，利用双量子点在光学腔中的输入和输出关系，构建并制备了偶极检测门，之后基于偶极检测门构建量子门、制备量子纠缠态和纠缠提纯。最后一章对本文的工作进行总结和展望量子信息学的未来。

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目录

1 绪 论

2 腔电动力学简介

2.1光学腔简介

2.1.1品质因子

2.1.2腔模

2.1.3腔的类型

2.1.4腔的稳定性

2.1.5光学腔的损耗

2.2原子与光子耦合

2.2.1半经典理论

2.2.2 辐射场的量子论

2.2.3全量子理论

2.3腔QED的基本理论

3 DFS空间中量子信息保护机制

3.1退相干自由子空间

3.1.1退相干自由子空间存在的条件

3.1.2退相干自由子空间的一个简单例子

3.2量子纠错码

3.3 DFS在量子信息处理和量子纠错编码中的应用

3.3.1退相干自由子空间中的量子信息处理

3.3.2退相干自由子空间中的量子纠错编码

4 基于腔QED制备的偶极门的量子信息处理

4.1基于腔QED输入输出和法拉第旋转构建偶极检测门

4.1.1量子点在腔中的输入与输出和法拉第旋转

4.1.2在DFS中制备PCG

4.2 基于PCG实现受控相位门

4.3基于PCG制备常见的纠缠态

4.3.1几种常见的纠缠态

4.3.2四比特的|x>态的制备

4.3.3 Cluster态的制备

4.4在DFS中基于PCG的多粒子纠缠态的提纯

4.5总结与讨论

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表论文情况