在双模腔QED系统中用原子-腔共振相互作用实现三量子比特Toffoli门

提出了一种在腔QED系统中用一个五能级原子通过原子-腔共振相互作用实现三量子比特Toffoli 门的方案。在提出的方案当中,两个量子化的腔模充当控制比特,而原子的两个低能态构成目标比特。数值结果表明,当同时考虑原子高能态的自发辐射和腔模的衰减对量子门的保真度的影响时,腔场的衰减是主要的噪声来源。讨论了原子-光场耦合常数的偏差对三量子比特Toffoli 门保真度的影响以及方案在实验上的可行性。     

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。     

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.     

相位协变量子克隆的腔QED实现方案

提出一种1→2相位协变量子克隆的腔QED实现方案,该克隆过程是基于原子与两个高Q腔场的相互作用来实现的.腔场最初处于真空态.虽然该方案需要实现CNOT操作,但与其它方案相比该方案需要的操作更加简单方便,并且该方案里所使用的基本操作(受控量子门操作和经典场脉冲操作)都已经得到充分的验证.所以我们相信该方案能在实验上实现.     

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。     

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。     

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.     

概率隐形传送原子态的腔QED方案

提出一个能够在实验上可以实现的未知原子态隐形传态的方案。该方案利用一个高Q值的光学谐振腔作为辅助系统，利用单个二能级原子和单模光场的相互作用实现未知原子态的隐形传态，方案中我们只需调节原子和腔场的相互作用时间．隐形传态的成功概率等于作为量子通道的叠加态的较小系数的模方的两倍。     

势阱离子+腔场系统中量子逻辑门的实现

基于光腔中的势阱离子同时与外激光场和腔场发生相互作用的特性，我们提出了一种量子逻辑门的实现方案。在该方案中，量子逻辑门是以离子内态和腔态作为比特，而势阱离子的运动态作为辅助比特始终保持在基态。而且，没有采用Lamb-Dicke近似，因而更容易为实验所实现。     

基于腔QED任意两个Bell态纠缠交换的量子隐写协议

根据腔量子电动力学(QED,quantum electrodynamics)原子的演化规律提出腔QED内新颖的量子隐写协议,其隐藏容量高达4bit。协议通过腔QED中任意两个Bell态纠缠交换,建立一个隐藏信道传送秘密信息。协议不需将多粒子量子纠缠态作为量子资源,也不涉及关于多粒子量子纠缠态的纠缠交换和量子测量。分析表明,本文协议能够抵抗截获-重发攻击、测量-重发攻击和纠缠-测量攻击,具有良好的安全性。     

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.     

腔量子电动力学与量子信息过程

本文简要介绍了实现量子信息的几种可能方案，特别足腔QED方案的背景、特点、主要困难和目前的进展，同时介绍了山阿大学量子光学与光量子器件国家重点实验室在这方面的实验进展。