本文選題：量子信息處理 + 量子模擬�。� 參考：《中國科學(xué)院研究生院(武漢物理與數(shù)學(xué)研究所)》2012年博士論文

【摘要】：量子計算和量子信息學(xué)科利用量子力學(xué)規(guī)律表示和操作信息,其能力遠遠超過了傳統(tǒng)的經(jīng)典信息處理方式,表現(xiàn)出巨大的潛在應(yīng)用,從而引發(fā)了人們對此領(lǐng)域的研究。在目前實現(xiàn)量子計算和量子信息的各種體系中,固態(tài)體系如摻雜富勒烯等由于具有相當(dāng)長的相干時間而成為實現(xiàn)量子信息處理的物理載體之一。然而,受到實驗條件的限制,量子計算雖然理論和實驗上都取得了很大的突破,但實現(xiàn)一臺普適的量子計算機仍然面臨難以克服的實驗挑戰(zhàn)。為了能夠在當(dāng)前技術(shù)水平上構(gòu)建這樣一臺設(shè)備,它不像量子計算機那樣復(fù)雜又能執(zhí)行一些經(jīng)典上無法完成的任務(wù),研究者對量子模擬開展了大量的研究,并試圖建造量子模擬機。本文基于現(xiàn)有的實驗水平,設(shè)計了固態(tài)體系以及組合體系中實現(xiàn)量子信息處理的方案和量子算法的實現(xiàn),研究了基于離子阱系統(tǒng)的量子模擬。具體內(nèi)容如下： ◆在固態(tài)摻雜富勒烯體系,提出了利用光學(xué)方法和微波操作實現(xiàn)遠距離電子比特的糾纏進而實現(xiàn)分布式量子信息處理的方案。該方案在微型腔和線性元件的輔助下實現(xiàn)快速的光學(xué)操作,并比常規(guī)的最近鄰耦合糾纏富勒烯電子自旋的方法成本低。此外,利用直接方法和間接方法還提出了摻雜富勒烯電子自旋cluster態(tài)的制備方案,并分析了可擴展性。 ◆雙軌編碼可以形成一類免退相干子空間(decoherence-free subspace,簡稱DFS),從而可以有效地抵制集體相位漲落引起的退相干。在低-Q腔QED中,我們利用DFS編碼理論具體設(shè)計了多比特Grover搜索算法的實現(xiàn)方案。 ◆囚禁離子系統(tǒng)處于真空潔凈環(huán)境以及可以高度控制離子的內(nèi)外態(tài),是量子物理學(xué)中最有前途的量子模擬平臺之一。我們利用外磁場梯度作用下的單個囚禁離子探索了Franck-Condon物理,這也是首次在真正的單粒子系統(tǒng)中來研究Franck-Condon原理。接著,對于線性離子阱中的一串離子,我們采用全局操作,在橫場--伊辛模型和非線性相互作用模型下分別討論了如何實現(xiàn)海森堡極限的Mach-Zehnder干涉儀,在離子阱體系精密測量方面具有潛在的應(yīng)用價值。
[Abstract]:Quantum computing and quantum information science express and operate information by using quantum mechanics law, its ability is far more than the traditional classical information processing methods, showing a huge potential application, which has caused people to study this field. Among the systems that realize quantum computation and quantum information, solid-state systems, such as doped fullerene, have become one of the physical carriers for quantum information processing because of their long coherent time. However, due to the limitations of experimental conditions, quantum computing has made great breakthroughs in theory and experiment, but the realization of a universal quantum computer is still faced with insurmountable experimental challenges. In order to be able to build such a device at the current technological level, which is not as complex as a quantum computer and can perform tasks that can't be done in a classical way, researchers have carried out a great deal of research on quantum simulation. And trying to build a quantum simulator. Based on the existing experimental level, the quantum information processing scheme and quantum algorithm in solid-state system and composite system are designed, and the quantum simulation based on ion trap system is studied. The details are as follows: In the solid-state doped fullerene system, a scheme of distributed quantum information processing using optical method and microwave operation is proposed to realize the entanglement of long distance electronic bits. The proposed scheme achieves fast optical operation with the aid of microcavity and linear elements and is less expensive than the conventional nearest-neighbor coupled entangled fullerene electron spin method. In addition, direct and indirect methods are used to prepare the electron spin cluster states of fullerene doped, and the extensibility is analyzed. Dual-track coding can form a class of decoherence-free subspace without decoherence, which can effectively resist the decoherence caused by collective phase fluctuations. In the low Q cavity QED, we use the DFS coding theory to design a multi-bit Grover search algorithm. The trapped ion system is one of the most promising quantum simulation platforms in quantum physics because it is in a vacuum clean environment and can be highly controlled by the internal and external states of ions. We have explored the Franck-Condon physics by using a single trapped ion under the external magnetic field gradient, which is the first time to study the Franck-Condon principle in a real single-particle system. Then, for a series of ions in the linear ion trap, we use the global operation to discuss how to realize the Heisenberg limit Mach-Zehnder interferometer under the transverse field-Ising model and the nonlinear interaction model, respectively. It has potential application value in precision measurement of ion trap system.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(武漢物理與數(shù)學(xué)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：O413.1;TP38

【共引文獻】

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本文編號：1968620