本文選題：糾纏態(tài)　切入點(diǎn)：腔QED系統(tǒng)　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：量子糾纏態(tài)是量子物理獨(dú)有的特性,它由量子力學(xué)理論預(yù)言并被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。量子糾纏不但可以用于量子信息處理,還可以用于檢驗(yàn)量子力學(xué)基本原理,使人們更加深刻的了解量子世界。因此有效制備、操控糾纏態(tài)對(duì)量子信息是極為關(guān)鍵的。然而在實(shí)際情況下,環(huán)境跟系統(tǒng)的耦合是無(wú)法有效避免的、是必然的。這些不必要耦合會(huì)引起消相干。在腔量子電動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)(腔QED)中,典型的誘導(dǎo)系統(tǒng)消相干的因素包括腔模泄漏過(guò)程、原子自發(fā)輻射過(guò)程等耗散過(guò)程。跟傳統(tǒng)觀點(diǎn)不同,最近一些研究表明腔QED中的耗散過(guò)程可以用來(lái)制備糾纏態(tài),這就是所謂的耗散動(dòng)力學(xué)。本文中,我們主要研究利用腔QED系統(tǒng)中的多個(gè)耗散過(guò)程來(lái)制備原子糾纏,希望能為相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供一定的理論參考。在兩個(gè)Λ 型原子跟光學(xué)腔模耦合的QED系統(tǒng)中,我們提出一個(gè)同時(shí)利用原子自發(fā)輻射過(guò)程和腔模泄漏過(guò)程制備原子糾纏的方案。利用綴飾態(tài)基矢重新展開哈密頓以后,我們可以更加清晰地了解整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,從而選取合適的系統(tǒng)參數(shù)來(lái)將非目標(biāo)態(tài)激發(fā)至激發(fā)態(tài)子空間中的綴飾態(tài),進(jìn)一步通過(guò)耗散過(guò)程轉(zhuǎn)化為目標(biāo)態(tài)。與傳統(tǒng)的幺正動(dòng)力學(xué)方案相比,我們的方案除了將有害的耗散過(guò)程變?yōu)楸夭豢缮俚馁Y源以外,還有不需要指定初態(tài)、不需要嚴(yán)格控制演化時(shí)間的特點(diǎn)。在耦合雙模腔系統(tǒng)中,我們提出利用多能級(jí)原子的自發(fā)輻射過(guò)程和雙模腔的腔模泄漏過(guò)程制備三維糾纏的方案。方案利用的是有效算符方法,使用該方法的前提條件是弱激發(fā)。利用該方法后,系統(tǒng)的激發(fā)態(tài)被絕熱消除,可以清晰地得出有效哈密頓和有效耗散過(guò)程對(duì)系統(tǒng)的作用和影響。在此基礎(chǔ)上通過(guò)合適的選取參數(shù)來(lái)增強(qiáng)或減弱某些耗散過(guò)程的影響,進(jìn)而使目標(biāo)態(tài)成為系統(tǒng)的唯一穩(wěn)態(tài)。為了便于了解每個(gè)耗散過(guò)程的作用,我們分別考慮自發(fā)輻射過(guò)程和腔模泄漏過(guò)程。結(jié)果表明,僅利用腔模泄漏時(shí)的方案沒(méi)有僅利用自發(fā)輻射過(guò)程的方案性能好。為了改善這種情況,我們利用反饋控制的方法來(lái)提高方案的保真度。由于僅利用自發(fā)輻射過(guò)程跟僅利用腔模泄漏過(guò)程時(shí)方案的參數(shù)條件相同,我們可以同時(shí)利用二者制備三維糾纏態(tài)。跟在相似系統(tǒng)中利用幺正動(dòng)力學(xué)的方案相比,我們的方案不需要指定初態(tài)和嚴(yán)格控制演化時(shí)間,另外數(shù)值模擬也表明方案保真度較高。里德伯原子之間的遠(yuǎn)距離相互作用常常會(huì)造成能級(jí)移位,進(jìn)而形成阻塞機(jī)制。目前利用里德伯阻塞機(jī)制進(jìn)行量子信息處理的相關(guān)研究非常常見。最近有研究表明,通過(guò)合適的調(diào)整經(jīng)典場(chǎng)與原子耦合的失諧量可以實(shí)現(xiàn)反里德伯阻塞機(jī)制,其原理是利用失諧量來(lái)補(bǔ)償里德伯相互作用強(qiáng)度。利用該機(jī)制,我們可以實(shí)現(xiàn)基態(tài)子空間中非目標(biāo)態(tài)跟雙激發(fā)里德伯態(tài)之間的共振耦合。自發(fā)輻射過(guò)程可以將雙激發(fā)里德伯態(tài)衰減至單激發(fā)子空間進(jìn)而衰減至基態(tài)子空間。在微波場(chǎng)和經(jīng)典場(chǎng)的作用下,非目標(biāo)態(tài)會(huì)進(jìn)一步被泵浦直至實(shí)現(xiàn)目標(biāo)態(tài)。此外,利用類似的物理思想,方案可以被拓展到三維糾纏情況。理論上的數(shù)值模擬表明,方案的保真度較為理想,此外方案對(duì)參數(shù)波動(dòng)也具有一定魯棒性。在腔 光纖 腔系統(tǒng)中,我們提出利用耗散過(guò)程制備分布式糾纏的方案。為了方便研究,我們?cè)诰Y飾態(tài)表象下展開工作。綴飾態(tài)由原子和腔模相互作用的本征矢來(lái)充當(dāng)。我們首先找到能夠通過(guò)原子自發(fā)輻射、腔模泄漏、光纖模泄漏過(guò)程衰減至目標(biāo)糾纏態(tài)的單激發(fā)子空間中的綴飾態(tài)。然后選擇相關(guān)參數(shù)使該綴飾態(tài)跟基態(tài)子空間中的非目標(biāo)態(tài)共振耦合。同時(shí)設(shè)計(jì)微波場(chǎng)使目標(biāo)態(tài)為其暗態(tài),而非目標(biāo)態(tài)可以在其作用下相互轉(zhuǎn)化。這樣一來(lái),無(wú)論初態(tài)是哪個(gè)態(tài),都可以直接或間接跟選定好的單激發(fā)子空間綴飾態(tài)共振相互作用,進(jìn)而通過(guò)耗散過(guò)程轉(zhuǎn)化為目標(biāo)態(tài)。由于分布式糾纏是很多遠(yuǎn)程量子信息處理的關(guān)鍵資源,本方案的研究對(duì)于遠(yuǎn)程量子信息任務(wù)提供了可選擇的理論方案。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O413

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本文編號(hào)：1649567