多量子比特纠缠态制备的腔量子电动力学方案

摘要

量子纠缠是量子力学不同于经典物理最奇特、最不可思议的特征。在量子信息学领域，量子纠缠被当作极为重要的资源广泛地用于量子隐形传态、量子密集编码、量子密钥分配和量子计算等方面，实现量子信息的过程就是对量子态进行操纵的过程．量子纠缠在检测量子力学基本理论方面也有着重要的意义．虽然现今人们对两粒子或者两体系统量子纠缠的认识已经比较全面，并提出了大量的制备方案，但是对于多粒子或者多体系纠缠，人们还在努力研究探索之中。充分探讨量子纠缠的特性在量子理论和量子信息科学中具有十分重要的意义， 本文基于腔量子电动力学理论研究多原子纠缠态制备，提出了制备多原子量子比特原生纠缠态，GHZ态和W态的新方案．我们提出了一个理论方案制备四原子比特原生纠缠态（genuine entanglcd state，简称GES）．在方案中四个分离的光腔中各有一个原子，在光和原子的相互作用为大失谐的条件下，通过对输出光场的探测来使原子比特塌缩为GES．我们发现在理想情况下，得到四原子比特GES的概率为1.对得到的GES进行不同的幺正变换可以得到16个独立正交的GESs．这16个GESs形成四原子比特的原生纠缠态表象，这种原生纠缠态表象有助于我们对多粒子纠缠的研究．我们考察了四比特的GHZ态｜GHZ4>，W态｜W4>，簇态｜CL4>和对称Dicke态｜D4>等典型的纠缠态在这个原生纠缠表象中的表示．我们还研究了探测器效率对方案的影响，发现光子探测器的探测效率不会影响得到的纠缠态信息的丢失，但会降低纠缠态制备的成功概率． 我们还提出了一种基于腔QED方案制备多原子GHZ态和W态。该方案装置主要是由线性光学元件组成，理论上这种方案制备态的成功概率也可以达到1.我们利用N—型四能级原子和光场的相互作用来实现纠缠态的制备；两束经典光用来实现原子比特Hadamard操作，单光子源用来实现原子比特控制相位门；通过合适控制光场与原子的作用顺序和恰当的原子态初始化就可以得到多原子比特纠缠态。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

第二章量子纠缠

§2.1引言

§2.2量子纠缠态简介

§2.3量子纠缠的度量

§2.4量子纠缠的应用

§2.5本章小结

第三章光与原子相互作用理论

§3.1引言

§3.2半经典理论

§3.3量子理论

§3.3.1相互作用哈密顿量

§3.3.2 Jaynes-Cummings模型

§3.3.3大失谐条件下原子与光场的相互作用

§3.4本章小结

第四章四原子量子比特原生纠缠态的制备

§4.1引言

§4.2原生纠缠态

§4.3理论模型

§4.4制备四原子比特原生纠缠态

§4.5原生纠缠态表象

§4.6本章小结

第五章多原子GHZ态和W态的制备

§5.1引言

§5.2相互作用模型

§5.3两原子Bell态的制备

§5.4 GHZ态和W态的制备

§5.5本章小结

第六章总结和展望

参考文献

攻读硕士学位期间已完成的论文

致谢