腔QED中实现控制量子逻辑门的简易方案

受之前有关控制量子门工作的启发,提出了一个在腔QED中实现CNOT门,Toffoli门以及Fredkin门的简易方案。本方案只涉及到原子与腔场之间的大失谐相互作用,腔场处于虚激发,量子信息不会在原子和腔之间传递,因此对腔场的品质因子要求大大降低,在目前的实验技术条件下,该方案是是可行的。     

通过腔QED实现高效的两原子的受控位相门

量子计算是近年来新出现的计算技术,具有非常好的发展前景.任何量子计算都能够被简化到一个门序列,而量子计算要利用某种物理体系来实现.介绍了一种通过腔QED实现高效的两原子的受控位相门的方案.此方案中,原子跃迁与腔模处于大失谐,因此原子自发辐射的影响得到了极大的抑制,从而提高了成功几率.而保真度取决于α、β、γ、δ几个常数的取值,数值计算结果表明我们的方案具有比较高的保真度,其保真度的平均值F=0.982318.该方案有一定的实验可行性,有望得到实验上的验证.     

量子信息中的腔QED方案简介

在量子信息领域,腔量子电动力学(Cavity—QED)方案被认为是最有效的量子信息方案之一。随着技术的发展,越来越多的量子信息处理过程可通过腔-QED方案在实验上实现,例如,纠缠态的制备和量子逻辑门的实现。这里,我们将腔-QED的发展作一综述。腔-QED方案的核心就是腔场和原子的相互作用。根据原子的跃频率和场模频率的关系,我们可以将上述相互作用分为两大类：共振相互作用(原子的跃迁频率等于场模频率)和失谐相互作用(原子的跃迁频率与场模频率的失谐量很大)。从这两不同的方案出发,我们都可以实现;纠缠态的制备、未知量子态的隐形传输和量子逻辑门的构建。但是在共振相互作用中,量子信息处理过程对腔的Q值要求很高,这就使得实验实现很困难。而大失谐相互作用对腔的Q值要求大大降低,使得实验实现成为可能。通过比较,我们认为,大失谐方案为量子信息处理开辟了广阔的前景,使量子网络和量子计算机在不久的将来成为可能。     

单光子波包与腔-量子点相互作用的动力学研究

对单光子波包与腔-量子点模型相互作用的动力学过程进行了数学推导,并通过数值模拟实现了静态量子比特与飞行光子比特之间的相互转换。结果表明：由腔-量子点系统输出到光纤的光子是一个平滑的波包;通过改变激光脉冲作用时间等系统参数,可实现量子点中的原子和光子的纠缠,在此基础上,即可实现不同量子点中原子的纠缠。研究结果对解决利用腔-量子点系统来构造量子计算机的接口、制备纠缠态以及实现受控量子门等热点问题具有积极意义。     

实现量子SWAP门的腔QED方案

提出一个基于两个三能级原子和单膜腔场大失谐相互作用来实现两比特量子SWAP门的腔QED方案.在这个方案里,两个全同三能级原子同时与单膜真空腔场发生大失谐相互作用,并辅助了经典场对原子施行单比特操作.此外,在整个作用过程中,腔场态一直处于虚激发,原子和腔场之间没有信息交换,因此对腔的品质要求大大降低.在目前的腔QED技术条件下,该方案是可以实现的.     

实现三比特量子控制相位门的离子阱方案

提出了一个利用离子阱系统实现三比特量子控制相位门的方案。在这个方案里,只需对囚禁离子辅以单比特旋转操作并与激光发生共振相互作用便可实现三比特控制相位门。相比其他文献中控制相位门的实现方案,我们方案的优势在于所用的步骤更为简便易行。另外,此方案不需要任何的测量。     

一类最优相位协变量子克隆

相位协变量子克隆在量子密码术中有重要的应有。 利用一般的量子克隆幺正变换形式,得到克隆的保真度。结果表明存在一类最优相位协变量子克隆。 对这一类量子克隆的幺正变换,拷贝的保真度最大且相等。基于腔量子电动力学,提出实现这类量子克隆幺正变换的实验方案。     

微腔与腔量子电动力学研究进展

光学微腔中原子之自发辐射与自由空间中原子的自发辐射有着重要的不同。微腔能够控制腔内原子的自发辐射,使自发辐射得到抑制或增强,并有可能使自发辐射成为一个可逆过程。由此发展起来的腔量子电动力学能够阐述腔场与原子的相互作用。本文简要介绍了这一研究领域的背景和进展,同时介绍了微腔的重要应用一无阈值激光器。     

五阶非线性与三比特量子相位门

近年来全光学量子计算得到了广泛的关注，并且基于光学非线性效应人们提出了许多方案来实现量子门操作。我们的工作就是要给出一种直接实现三比特量子相位门的有效方案。     

在离子阱中实现量子SWAP门的方案

提出了一个利用处在线性阱中的两个全同的三能级离子与两个不同频率的激光脉冲共振相互作用来实现两比特量子SWAP门的方案,该方案是根据Haffner H.和 Riebe M等人的实验方法与结果选择 离子的 基态的一个塞曼能级作为基态,以亚稳态 的两个塞曼能级作为两个激发态来实现的,选择适当的参数如质心模的频率 ,拉比频率 以及Lamb-Dicke参数 ,计算出实现该方案所用的总时间为 ,该时间远小于亚稳态 的寿命 ,并且在这个方案里消相干是可以被忽略的。在目前的离子阱技术条件下,该方案是可以实现的。     

二能级原子与相干态腔场之间的量子信息转移

利用二能级原子与腔场的大失谐相互作用Jaynes-Cummings(J-C)模型,提出了一种量子信息转移的方案.分别实现了单原子与单个腔场,纠缠的多个原子与单个腔场,及多个原子与多个腔场之间的量子信息的双向传递.     

使用共振腔实现受控非门及量子隐形传态的方案

提出一个使用三能级原子以及通过经典场对单粒子态的操控和两原子与单模腔场的共振作用实现受控非门的方案,并使用该方案完成单粒子态的隐行传态过程.该方案中原子与单模腔场的共振作用时间可以很短,这一特点对量子信息处理过程中的消相干问题的处理是非常有利的,这也是该方案与已有文献报道使用失谐腔的腔QED方案的主要区别之一.     

用基本两位量子逻辑门实现N位量子逻辑门的研究

量子电路是实现量子态幺正演化的手段,一位和两位门是构成量子电路的基础。Barenco 用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门功能,张登玉在Barenco的工作基础上对用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门功能进行了改进。通过对Barenco方案和张登玉方案的分析和研究,提出了一个用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门功能的新方案,该方案结构更简单,且所用的两位门更易于实现,同时指出和改正了张文的不太准确的结论。     

基于半导体共振腔的量子位与量子网络构建

以半导体共振腔内光子与原子的纠缠特性作为量子位,通过半导体共振腔电动力学系统将原子态转换成光子态, 根据半导体共振腔的工作特性,提出共振腔内原子与光子弱耦合与强耦合的判断条件, 并利用外加电磁场对原子的量子态进行操控,从而完成量子逻辑门的操作,再通过各共振腔量子电动力学(CQED)系统间的纠缠进行量子位扩充,实现量子计算与量子网络。介绍微碟型共振腔与单一量子点等多种模型,有助于将量子运算与量子通讯的概念转变为半导体量子器件的研制。