多量子比特相位门和相位测量的研究

摘要

作为量子计算的重要组成部分，多量子比特相位门的构建对量子信息的处理具有非常重要的意义。人工原子与场的相互作用具有和自然原子相同的物理特性，利用其远大于自然原子的可控性，我们可以实现性能更加强大的多比特量子门。利用先进的相位探测方法，可以使量子信息的处理更加迅速准确。因此，多量子比特相位门的构建和相位测量的研究就显得非常重要。
　　本文提出了一个在腔中利用有循环跃迁的人工原子构建多量子比特相位门和一个使用多次穿过的超稳干涉仪提高相位测量精度的方案。
　　首先，本文介绍了要实现的多量子比特相位门的两种模型，一种是单量子比特同时控制多个目标量子比特，另一种是多个控制量子比特控制同一个目标量子比特。
　　其次，对有循环跃迁的四能级超导人工原子的结构进行分析，基于非传统几何相移,我们提出在腔中利用有循环跃迁的两个四能级超导人工原子来实现非传统几何相位门。
　　接着，我们提出了实现多比特量子门的方案。在该方案中，我们对单量子位控制多个目标量子位的控制机制和操作过程做了详细的说明，并就操作时间与准一维共平面波导谐振器上六比特超导量子系统进行了比较。
　　最后，我们提出了一个利用多次穿过的超稳干涉仪来提高测量精度的方法。本论文表明：基于腔中有循环跃迁的两个四能级人工原子的多量子比特相位门，简化了操作过程，缩短了操作时间；在一定条件下，人工原子与腔模场退纠缠，逻辑门操作不受原子自发辐射和腔模场衰减的影响；在使用相同光子数的情况下，采用多次穿过的方法测量相位，可提高精度并能打破标准量子极限。

目录

第1章 绪 论

1.1量子计算的研究现状及意义

1.2多比特量子门的研究

1.3人工原子

1.4腔QED中的非传统几何相位门

1.5打破标准量子极限的相位测量

1.6研究内容和方法

第2章 多量子比特受控相位门

2.1多比特量子门的两种模型

2.1.1第一种多量子比特相位门

2.1.2第二种多量子比特相位门

2.2实现多量子比特受控相位门人工原子

2.2.1人工原子

2.2.2基于人工原子的两比特量子门

2.2.3多量子比特受控相位门的操作

2.2.4六超导量子比特系统

第3章 打破标准量子极限的相位测量

3.1 Mach-Zehnder干涉仪

3.2 Nagata干涉仪

3.3多次穿过的超稳干涉仪

3.3.1实验装置

3.3.2超稳多次穿过干涉仪与Nagata干涉仪的结果比较

第4章 结 论

4.1结论

4.2创新点

4.3研究展望

参考文献

附录A 附录Nageta、sun和本方案的结果比较

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果