基于半导体量子点-光学微腔耦合系统实现量子相位门

摘要

量子计算作为一种遵循量子力学规律的新型计算，目的在于实现量子计算机。逻辑门是量子计算机的基本单元，因此选择合适的物理系统实现量子逻辑门具有重要的意义。随着半导体纳米技术的飞速发展，量子点凭借其易操控、具有长相干时间的特点备受青睐，有望成为实现量子信息处理最有前景的候选者之一。另一方面，为了实现通用量子计算机，多比特量子逻辑门的构建必不可少。虽然利用两量子比特受控非门和单量子比特量子门可以实现多量子比特门，但这需要大量的辅助比特和物理步骤，不仅增加了物理操作复杂度，而且耗费了大量量子资源。近年来，直接构建多比特量子门引起了广泛的关注。因此，研究利用半导体量子点-光学微腔耦合系统构建多量子比特相位门具有重要的理论价值和实际意义。本文的主要工作如下:
　　1)基于半导体量子点-光学微腔耦合系统，实现了N-电子比特受控相位门。利用半导体量子点中电子与光子相互作用，我们设计了一个电子-光子量子编码线路，在此编码线路中通过引入辅助光子，可以概率性地制备电子-光子非最大纠缠态。对偏振光子的同时探测后，可以直接实现N-电子比特受控相位门。我们详细地讨论了方案可行性，并计算了方案的保真度和成功概率，计算结果表明:我们的方案在弱耦合机制和强耦合机制下均可以实现。
　　2)基于半导体量子点-光学微腔耦合系统，实现了N-光子比特受控相位门。利用半导体量子点中电子与光子的相互作用，我们设计了一个光学量子编码线路，可以概率性的制备双光子非最大纠缠态。对偏振光子的同时探测后，可以实现N光子比特受控相位门。本方案的优点是:实现的编码线路和N-光子比特受控相位门的成功概率都很高;初态选用单光子叠加态，大大节省了量子资源。

目录

声明

摘要

第一章 引言

第二章 量子逻辑门与线性光学量子计算

2．1 量子比特

2．2 量子逻辑门

2．3 线性光学元件

2．4 量子线路

第三章 半导体量子点与光学微腔

3．1 半导体量子点的性质和制备

3．2 光学微腔系统

3．3 半导体量子点与光学微腔相互作用机制

第四章 基于半导体量子点-光学微腔耦合系统实现N-电子比特受控相位门

4．1 理论模型

4．2 N-电子比特受控相位的实现

4．3 可行性分析

4．4 本章小结

第五章 基于半导体量子点-光学微腔耦合系统实现N-光子比特受控相位门

5．1 理论模型

5．2 N-光子比特受控相位门的实现

5．3 可行性分析

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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