一个特殊五粒子纠缠态的制备方案

实现不同的量子信息过程通常需要不同的纠缠态,一个特殊的五粒子纠缠态已被证明可用于量子隐形传态、量子态共享以及量子密集编码等多个量子信息过程.基于腔量子电动力学,提出此特殊五粒子纠缠态的制备方案.选择原子和腔场处于一定的初始态,让多个原子在腔场中发生相互作用,选择相互作用时间,通过经典的幺正变换实现将五个原子制备于特殊的纠缠态.整个制备过程中原子和腔场之间没有能量的交换,无需进行任何量子测量,这使得该方案在实验上更易实现.     

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.     

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。     

失谐下量子信息的不失真保持

利用量子信息学的观点,分析了多个"任意多模(q模)相干态光场与二能级原子发生依赖于强度的任意多光子(Nk光子)非共振相互作用"构成的联合系统.结果发现:只需控制相互作用的时间:gt=π/2,无论初始存储于腔场还是原子中的量子纠缠信息均得以完全保持.当q=1,Nk=1时,将过渡到本文作者已讨论过的单模单光子相互作用的特殊情形,其结果是,量子信息完全交换.     

耦合双原子与单模光场相互作用系统中量子信息的传递

利用全量子理论,研究了耦合双原子与单模光场的相互作用过程.结果表明:在不同条件下,量子纠缠信息在腔场与原子之间可相互传递、交换以及保持;原子间的耦合作用主要影响量子信息的交换过程.     

Kerr效应对依赖强度耦合J-C模型中纠缠交换的影响

在多个原子分别与多个腔场发生依赖强度耦合的相互作用系统中,运用全量子理论,研究了Kerr介质对纠缠信息在原子与腔场之间周期性可逆交换传递过程的影响.结果表明: Kerr介质对初始腔场为真空态或最低Fock态组成的纠缠态等一些特殊情形不产生任何影响.而对一般Fock态|nk>(nk≠0)都会改变其纠缠信息转换的相位和周期. Kerr效应越强烈转换周期就越短,相反,可以利用选取不同Kerr介质来控制纠缠信息交换传递的快慢.另外,相位的改变也与腔场中光子数nk(k=1,2,3,…,M)有关.     

经由非共振腔加经典场产生N比特的簇态(英文)

提出一个非常简单的实验可行的方案.这个方案的原子-腔场系统由两个三能级原子和一个非共振腔组成,在原子与腔场相互作用的过程中,同时注入经典场,由这个系统组成的方案可以很容易实现N比特原子簇态.在原子与腔场的作用过程中,因为腔场一直处于激发态,所以不需要在原子和腔场之间传送量子信息.这个方案有两大优点.一、不需要任何测量就能实现;二、对于原子与非共振腔场相互作用同时加经典场这个系统,他们的相互作用时间不会随着原子的数目增加而改变.这个方案在当前技术下很有可能被实现.     

原子和腔场衰减对耦合腔系统中几何量子失谐的影响

本文考虑原子和腔场存在衰减的情况,研究了耦合腔系统中两子系统间的几何量子失谐.在原子和腔场衰减系数相等的特殊情况下,通过解薛定谔方程,给出了系统态矢演化规律.采用数值计算方法,讨论了原子和腔场衰减对两子系统间几何量子失谐的影响.研究结果表明:两原子间、两腔场间、以及原子和腔场之间的几何量子失谐都呈现出振幅衰减式振荡,直...     

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。     

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。     

未知原子态经纠缠腔场信道的隐形传态

为了有效地进行原子态的量子隐形传输,提出了一个使用纠缠腔场的原子量子比特态的量子隐形传输新方案,利用位于高品质光腔中的三能级原子与腔场进行大失谐的相互作用来实现,并讨论了光腔的耗散对量子隐形传输的影响。结果表明,该方案不需要辅助原子就能将一个原子态直接传输到另一个原子上,并且在不考虑光腔损耗的情况下传输效率达到100%;对于小的衰减,对任意态的传输,其保真度都接近1.0。该研究对量子通讯的发展是有帮助的。     

利用非Bell基测量实现三粒子W态的隐形传送

研究非Bell基测量的未知三粒子W态的隐形传态方案.先利用原子和腔场的共振相互作用制备未知三原子W态.接着,利用两原子同时在强经典驱动场驱动下和单模腔场发生相互作用,产生态的演化,来制备EPR对量子信道.最后利用和制备量子信道同样的方法来实现未知三原子W态的隐形传送.在传送过程中,可忽略腔场热作用和腔延迟作用的影响.传送成功的总几率为1.     

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.     

Kerr介质中双模SU(1,1)相干态场与三能级原子的量子纠缠

研究了在高Q Kerr介质腔中,关联双模SU(1,1)相干态场与V型、 ?型和 型三能级原子相互作用的量子纠缠性质。采用数值计算方法,详细讨论了Kerr效应对模场和原子之间纠缠程度的影响。研究发现在高Q Kerr介质腔中,模场与原子之间的纠缠受到Kerr效应影响的规律是一致的,在介质参数达到一定值前,模场与原子之间的纠缠随介质参数的增大而增大,超过这一定值后反而会降低它们之间的纠缠。     

非简并双光子Tavis-Cummings模型中的纠缠演化

研究了两对非相互作用、空间分离的原子在双模腔场作用下的三体和两体纠缠动力学行为。对非简并双光子Tavis-Cummings模型进行了研究,通过数值计算分析了纠缠初始状态、原子与腔场以及光纤模与腔场的耦合强度对纠缠的影响。结果表明:纠缠初始状态对原子间的纠缠有显著影响;较大的场和光纤模的耦合强度可以实现原子与原子间最大纠缠的转移;较大的原子与腔场耦合强度有助于两原子与腔场构成三体纠缠。