一、Fock态腔场与Bell态原子相互作用的动力学特性（论文文献综述）
韩锦萱[1]（2020）在《基于超导原子和微波光子多比特相位门构建》文中提出量子信息学和量子光学近年来飞速发展,基于超导原子和超导腔构成的电路量子电动力学系统（Circuit Quantum Electrodynamics,简称电路QED）成为研究的热点。超导原子也称为超导量子比特它是基于固态的人造原子并且具有易于操作以及扩展性强等优点;超导腔为超导量子比特提供了很好的磁场环境并且置于超导腔中的微波光子寿命长,因此具有高品质因子的超导腔不仅充当量子数据总线同时也可以被用于量子存储。而以超导量子电路为单位的电路QED系统耗散小、易于操控、器件设计灵活以及集成性高等突出优点,为超导量子比特和微波光子直接实现强耦合提供了一种方法。在电路QED系统中构建多比特相位门可以实现多种量子计算的任务。本文主要研究了基于超导原子和超导腔构成的电路QED系统中实现多比特相位门。首先介绍了课题的研究背景、电路电动力学简介和多比特相位门的发展现状以及量子比特和量子逻辑门的基础知识;其次介绍了基于约瑟夫森结的电路QED系统概述以及Jaynes-Cummings模型等;最后提出两种实现多比特相位门的方案:在电路QED系统中,分别以超导原子作为量子信息载体以及微波光子作为量子信息载体去实现多量子比特相位门。主要研究内容如下:（1）我们提出了一步实现多比特相位门的方案,用一个超导原子（四能级结构）同时控制多个目标量子比特。该方案的创新点如下:1.超导原子作为量子信息的载体,将量子信息部分编码在超导原子的缀饰态上。数值模拟表明这种编码方式部分地消除了退相干效应,并且提高了方案的鲁棒性。2.利用多比特受控相位门制备Bell态,GHZ态以及团簇态。数值模拟表明此方案可以制备高保真度的纠缠态。3.马尔可夫主方程分析耗散系统的动力学过程,结果表明该方案对微波腔的衰减率具有很强的鲁棒性。此外,此方案具有普遍性可以应用于其他类型的超导原子,并在广泛的物理系统中完成相同的任务。（2）我们提出了一种实现多比特相位门的方案。在该方案中,多个单模谐振器以其真空和单光子的Fock态作为量子信息的载体,一个多能级的超导原子作为量子总线起到媒介作用,使多个单模谐振器之间的间接相互作用。该方案的创新点如下:1.我们将常数的耦合强度替换为塑形的含时耦合强度,数值结果证明了脉冲塑形提高了方案的鲁棒性,但是以较长的门时间为代价。2.为了研究方案可行性我们利用主方程,分析了总线的激发态的能量驰豫率和腔的腔耗散率对最后时刻门保真度的影响。数值结果表明,方案的保真度受总线的激发态的能量驰豫率不大并且具有很高的鲁棒性。3.我们考虑到由于超导原子中没有选择定则,因此微波场和经典场会使任意两个能级耦合。这可能会影响方案的可行性。因此,我们提出了优化失谐补偿的方法去抑制不必要的跃迁。最终数值模拟考虑不想要的跃迁后,相位门的保真度随时间的演化图,结果证明此方法可以有效抑制不想要的跃迁从而提高方案的可行性。
李闯[2]（2020）在《腔QED系统中原子纠缠态的制备》文中认为量子纠缠作为量子信息中不可或缺的核心资源一直是人们研究的热点之一。现如今,纠缠态已被广泛地应用在量子通信、量子计算和量子计量等领域。在量子信息处理的过程中,纠缠态需要存在一定时间以完成一个量子操作。然而,纠缠态在现实物理世界中是脆弱的,这是因为量子系统与周围环境的相互作用会破坏纠缠态导致退纠缠现象的发生。因此,如何在耗散环境中制备长生稳定的纠缠态成为了量子信息学中的主要问题之一。腔量子电动力学（腔QED）系统作为当下最具前景的实现量子硬件的物理体系之一,已被广泛地应用在量子信息领域中。特别地,腔QED系统作为一个高效的纠缠生成源,许多方法已经被提出用来在腔QED系统中制备不同形式的光子和原子的纠缠态。腔QED系统的耗散主要包括原子自发辐射和腔耗散,它们会严重地降低纠缠态的保真度。因此,在腔QED系统中制备高保真度的稳定纠缠态一直是人们努力的目标。本文主要的研究内容为在腔QED系统中利用不同方法制备高保真度稳定的原子纠缠态。以二原子纠缠态的制备为研究起点逐步地将研究内容深入到多原子纠缠态的制备,分别提出了制备二原子三维纠缠态、三原子GHZ态、三原子W态和多原子NOON态的方案。在非马尔可夫腔QED系统中,我们提出了一个利用纠缠交换制备二原子三维纠缠态的方案。在该方案中,三能级原子俘获在两个远距离的耗散腔中,原子的能级跃迁过程分别与一个腔模和一个经典驱动场耦合。原子与腔场之间的相互作用使得它们纠缠在一起,因而对腔中泄漏的光子执行贝尔测量能将原子与腔场之间的纠缠转换成原子之间的纠缠。由于环境的记忆效应,纠缠在非马尔可夫环境中表现出明显的振荡行为。通过适当地选择经典驱动场的失谐量和原子初态,原子能被制备在稳定的三维纠缠态上。在耗散腔QED系统中,我们提出了一个利用纠缠交换在非马尔可夫环境中制备三原子GHZ态的方案和一个利用李雅普诺夫控制制备三原子W态的方案。在制备三原子GHZ态的方案中,四能级原子俘获在三个远距离的腔中,原子的能级跃迁过程分别与左旋偏振和右旋偏振的腔模耦合。原子纠缠态通过测量腔中泄漏的光子产生。通过求解系统的含时薛定谔方程,得到了纠缠时间演化的解析解以及产生最大纠缠态的参数条件。当系统参数满足此条件时,原子被制备在三粒子GHZ态上;当系统参数不满足此条件时,纠缠在非马尔可夫环境中表现出明显的振荡行为。在制备三原子W态的方案中,三能级原子俘获在两个通过光纤连接的腔中,原子的能级跃迁过程分别与一个腔模和一个经典驱动场耦合。根据李雅普诺夫控制理论,设计了封闭系统和开放系统中的控制场形式。在封闭系统中,腔与光纤之间的耦合强度仅影响保真度到达最大值的时间而不影响保真度最大值的大小。因此,即使腔与光纤之间的耦合强度很小时,高保真度的三原子W态也能制备成功。在开放系统中,W态的保真度随原子、腔和光纤衰减率的增大而减小。当原子或腔和光纤的耗散很强时,引入量子测量和量子反馈技术能大大地提高W态的保真度。此外,还研究了李雅普诺夫控制在功率和强度的限制条件下的时间优化问题。在腔QED系统中,我们提出了利用原子集体激发和单光子测量两种不同方法制备多原子NOON态的方案。在利用原子集体激发制备NOON态的方案中,四能级原子俘获在两个通过光子跳跃作用耦合的腔中。原子NOON态通过一个依赖于原子集体激发的相位转换产生。NOON态的制备时间与NOON态中的原子数无关,因而增加NOON态中的原子数不会改变NOON态的制备时间。由于腔场在整个制备过程中始终处在真空态,因而该方案对腔场的耗散不敏感。原子激发态在大失谐条件下很难被布居使得该方案能有效地抵制原子自发辐射。在利用单光子测量制备NOON态的方案中,两个远距离的腔中分别俘获N个全同三能级原子,一束包含两个频率组分的弱光依次地入射并穿过两个腔后被探测器在特定的光子态上探测到。光与原子的相互作用使原子集体自旋态与对应频率组分的出射光子纠缠在一起,因而对出射光执行单光子测量会将原子投影到NOON态上。当存在耗散时,NOON态的保真度随原子数和腔衰减率的增大而减小。在原子数很大或腔耗散很强的情况下,利用二次执行NOON态制备步骤的方法来提高NOON态的保真度,实现了高保真度NOON态的制备。
李冬啸[3]（2020）在《基于里德堡原子的量子信息处理》文中认为里德堡原子间的相互作用为人们在少体和多体物理以及量子信息应用的研究领域中探究中性原子提供了很多的可能性。这种长程相互作用衍生出许多有趣的效应,其中就包括里德堡阻塞效应。这种效应可以在很小体积内阻止多个里德堡原子同时被激发到里德堡态上。人们基于里德堡阻塞效应,从理论和实验上实现了与各种各样量子信息科学相关的工作,比如量子计算,纠缠态制备,量子算法,量子模拟器,量子中继器。另外,将里德堡原子的相互作用与双光子失谐相结合又可以产生与里德堡阻塞相反的效应——里德堡反阻塞效应。该效应恰好促使了多个里德堡原子的同时激发,并且也在量子信息科学中得到了广泛关注,不仅可以用于两比特或者多比特量子逻辑门操作,还能用于各种纠缠态的制备。在本文中,我们主要研究基于里德堡原子的量子信息处理的新方案。首先,利用里德堡反阻塞效应,我们成功实现了具有高保真度的KnillLaflamme-Milburn（KLM）纠缠态的耗散制备。整个系统由两个里德堡原子组成。将里德堡反阻塞效应与微波场和量子耗散巧妙结合,KLM态会成为系统唯一的稳态。因此,不需要精密的与时间相关的控制,系统就能够稳定在KLM态上。并且该方案不但不需要选择特定的初态,还将原子的自发辐射变成了重要的资源。此后,我们不仅将里德堡反阻塞与量子耗散相结合,还引入了量子Zeno动力学,成功实现了W态的耗散制备。除了纠缠态的制备,我们通过里德堡反阻塞效应、激光诱导的拉曼跃迁以及存在光子泄露的光腔的有机结合,设计出了一个耗散地传递任意量子态的方案。其次,基于里德堡反阻塞效应与量子Zeno效应和拉曼跃迁的结合,我们在两个N型里德堡原子中发现了一个新的现象:里德堡原子的基态阻塞效应。该效应可以实现阻止两个或者多个里德堡原子同时处于某个基态的过程。并且这种效应可以通过参数调节,有效地绝热消除掉激发态,从而大大抑制了原子自发辐射产生的不利影响。利用基态阻塞效应,我们小组在之前的文章中成功制备了Bell态和W态。在这次工作中,我们则结合受激拉曼绝热过程,实现了多粒子的Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态的制备。经过方案可行性的讨论之后,我们展现了一个三比特GHZ态可以在很广阔的参数范围内得到的结果,并且利用先进的实验参数,其保真度可以达到98%以上。最后,得益于里德堡原子间的相互作用,我们提出了一个不同于里德堡阻塞效应和里德堡反阻塞效应的非传统里德堡泵浦。该泵浦与原子所处的基态紧密相关,它可以冻结两个里德堡原子处于相同基态的系统,并且当且仅当两个里德堡原子处于不同基态时,系统才能被激发。利用这个新的效应,我们成功实现了三比特控制相位门操作。将该效应与微波场和量子耗散结合在一起,我们还实现了二维纠缠态和三维纠缠态的耗散制备。并且,在里德堡原子-泄露光腔系统中,我们利用非传统里德堡泵浦与光腔泄露相结合,实现了自动量子纠错机制。该机制可以自动地、连续地对比特翻转噪声产生的错误进行纠正。
金钊[4]（2019）在《耗散机制下分布式量子纠缠的制备》文中研究说明耗散能够破坏量子系统的动力学演化并导致消相干,因此一直被认为是一种消极的因素。如何找到一种可行的方法避免消相干成为量子科学发展的主要问题。在腔量子电动力学系统中,能够引起消相干的因素主要包括腔模泄漏和原子自发辐射等耗散过程。最近,人们提出了一个新颖的观点——耗散过程可以当做促进量子信息处理方案完成的有利条件,将系统中有害的耗散因素转变成一种积极因素。例如在原子-腔以及固态系统中利用系统中存在的耗散过程制备量子纠缠态。这是一种与传统观念截然不同的思想,通过合理地构建系统和环境的相互作用,耗散过程不再干扰幺正动力学的演化。严格地说,它们之间存在一种合作与竞争机制之间的统一和对立关系,共同驱动系统达到稳定。本文主要研究在可分离腔中单独或同时利用多种耗散机制制备分布式稳态纠缠,希望能够为实验工作提供方便和理论支持。在光纤连接和直接耦合的空间分离光学腔中,基于幺正动力学和耗散过程的合作与竞争机制提出两个分布式双原子稳态纠缠的制备方案。在这两个方案中只有一个节点中的原子被外部经典场驱动,这种单边操作能够大大简化实验进程且可以省略量子信息处理任务所需的纠缠分配过程从而保证远程量子信息处理任务的绝对安全。此外,基于当前的纠缠制备方案构建了具有多节点的量子隐形传送装置作为实际应用。数值模拟表明,当前可行的实验条件能够有效地实现该应用。在两个空间分离且彼此耦合的光学腔中,提出一个同时利用原子自发辐射过程以及腔模泄漏过程制备原子纠缠的方案。相干驱动场和耗散过程的结合共同驱动系统到达纠缠稳态。通过调节经典激光场的频率,目标态将会以不同的方式被制备。数值模拟表明,目标态具有较高的保真度和纯度且制备过程中不需要指定初态以及严格控制演化时间。由于方案将有害因素变为必不可少的资源,因此对腔品质因数要求更低。在三个利用光纤连接且空间分离的光学腔中,提出一个基于经典场诱导的相干驱动以及非局域玻色模衰减过程制备远距离三原子稳态纠缠的方案。在该方案中,系统动力学演化时间不需要严格控制且腔场衰减是一个重要资源。数值模拟表明,目标态的保真度对于有效原子自发辐射的变化不敏感。此外,方案将所制备纠缠的粒子数扩展至了N比特的情况。提出在两个空间分离的氮-空穴（NV）色心之间利用耗散过程制备形式可调的稳态纠缠的方案。方案中,NV色心分别固定在两个具有回音壁模且相互耦合的微环共振器表面。利用有效算符方法推导出的有效主方程将系统动力学演化约化到基态子空间。基于有效动力学过程,能够得到分别利用NV色心的自发辐射以及共振器光子丢失过程制备纠缠的系统参数条件。有趣的是,这两个条件完全相同。因此在某一范围内,这两个耗散因子能够同时作为有利资源实现纠缠制备。此外,通过合理地调制系统参数,方案所制备的目标态的形式是可调的。数值模拟表明,目标态具有较高的纯度和保真度且它们对于小的参数变化是不敏感的。
刘刚[5]（2019）在《在光学腔中自旋压缩态产生的研究》文中进行了进一步梳理量子光场在与原子系综相互作用的过程中产生的一系列非经典效应是近年来量子光学领域研究的一个焦点,研究这些非经典效应不仅可以帮助我们更好认识光的本质到底是什么,而且在实际的应用方面也有着很大的研究价值。量子纠缠和自旋压缩则是非常典型的两种非经典效应,它们在量子计算、量子信息处理以及精密测量等方面有着非常重要的应用。本文研究了如何在光学腔中产生自旋压缩态和量子纠缠态,主要内容包括以下两部分:1.在光学腔中自旋压缩态产生的研究。我们通过研究发现,如果将三能级原子系综置于光学腔中,然后向其内部注入一束强激光,则原子系综会在强光场和腔模共同作用下产生压缩特性。通过分析这些压缩特性我们发现其是单轴扭曲型的压缩,如果附加适当的磁场,可将单轴扭曲的哈密顿量转变成为双轴扭曲的哈密顿量,从而可以提高体系的压缩度。我们还研究了噪声对压缩过程的影响,发现即便存在噪声的情况下,体系也可以产生很高的压缩度。2.在光学腔中原子系综间纠缠态产生的研究。在同一光学腔内放入两个原子系综,通过研究表明,这两个系综会在强驱动场的作用下彼此之间建立纠缠,这一纠缠根植于原子之间的非破坏性相互作用,利用Simon的Peres-Horodecki判据证明了在这个哈密顿量下,两个原子系综之间的确存在着非经典关联。而非破坏性相互作用是连续变量量子计算中一个很重要的量子门,故我们相信本方案对量子计算的发展也起到一定的作用。
闫国安[6]（2019）在《量子信息输运和非绝热量子计算的理论研究》文中认为量子信息科学是将量子力学应用到计算机科学、信息科学和密码学等多个学科中而形成的交叉学科,它研究的主要内容是相对安全的量子信息输运和可靠的量子计算。量子信息在保密性和传输效率方面,相比于经典信息,具有后者无法比拟的优势。目前有很多可以实现量子信息输运的物理载体供选择,其中腔QED系统和光与物质的相互作用进行量子信息处理,无论在理论上还是实验上都得到了广泛的研究。因为原子和光子的寿命长,具有很好的抗退相干性。尤其是最近几年高品质因子共振腔的研制成功使得腔QED系统成为了未来量子信息处理实用化最有潜力的候选者之一。量子计算能够有效的解决一些在经典计算机中被证明是困难的问题,例如,大数质因子分解问题。在量子计算的研究中,量子门是进行规模化量子计算,特别是分布式量子计算的基本单元。因此,构造和实现量子逻辑门操作是实现量子计算的核心操作,同时也是实现量子计算机的必要条件。本文主要研究了原子间偶极-偶极相互作用对单光子输运的影响、循环三能级系统的量子路由保真度分析和通用量子逻辑门的构造,以及在NV中心如何实现高保真非绝热量子计算。主要取得结果和创新点如下:1.原子间偶极-偶极相互作用对耦合腔波导完美传输单光子的影响偶极-偶极相互作用是两个原子之间的一种相互作用形式。本方案中,我们研究了具有偶极-偶极相互作用的两个原子耦合在一维耦合腔波导中实现了单光子的相干传输。通过数值模拟表明,光子的透射光谱取决于两个原子间的偶极-偶极相互作用和光子-原子之间的耦合相互作用。其中偶极-偶极相互作用可以改变光谱中的倾角位置,光子-原子之间的耦合强度可以改变透射光谱中的频带宽度。我们还进一步发现偶极-偶极相互作用可以使透射光谱分裂成两个能带谱。2.基于循环三能级系统的量子路由保真度分析量子路由器可以将量子信息从一个量子信道引入到另一个量子信道。因此,它在未来复杂的量子网络中发挥着越来越重要的作用。本文中,我们验证了周等人提出的量子路由器可以实现量子态的高保真度。我们发现当耦合强度ga=gb时,原子的保真度在一段时间内先从最大值开始减小,然后在上升最后达到最大值1;当耦合强度不相等时,保真度达不到最大值1。这表明量子路由器不仅可以传输量子信息而且可以保持信息。3.基于循环三能级系统在光学腔中实现量子iSWAP门实现量子计算必须要构造普适的量子逻辑门,而iSWAP门是组成复杂量子逻辑门的核心单元之一。因此,我们提出了在双模腔量子电动力学中通过循环三能级系统来直接实现iSWAP门的方案。在该方案中,原子组合与双腔模式和经典场的强耦合相互作用可以导致原子的激发态绝热地消除。而且该方案对原子自发辐射具有很强的鲁棒性。我们还讨论了原子自发辐射和腔模衰减对光子损失和保真度的影响。理论结果表明,该方案在实际噪声下具有很高的保真度。4.在NV中心固态自旋下实现高保真度非绝热量子计算非绝热完整量子计算的高速实现和鲁棒性为克服量子系统与环境容易退相干的困难提供了新思路,从而为大规模量子计算机的构建奠定了基础。我们在NV中心电子自旋态下实现非绝热完整量子计算并展示了高保真的量子门,这为在室温下实现量子计算的可扩展性实验提供了理论基础。与之前的方法相比,我们通过由NV中心获得的非阿贝尔几何相位来改变微波脉冲的振幅和相位实现了单比特门和双比特门。
程祥[7]（2019）在《量子耦合系统的发光特性研究》文中研究表明对信息处理技术需求的不断提高驱动了量子信息科学的快速发展。在量子信息处理技术中,量子光源作为不可或缺的重要部分而被广泛研究。本论文基于腔量子电动力学,围绕量子光源展开研究,对固态量子耦合系统的发光特性进行探索,设计片上集成的双光子纠缠源,并在实验上利用量子光源实现了高维量子纠缠。本论文的主要研究内容和创新点如下:1.理论上提出了通过光子分子来实现非传统光子阻塞的方案。通过由两个耦合光学微腔组成,其中一个光学微腔包含一个量子点的光子分子系统,在使用连续波激光激励系统的条件下,可以在量子点-腔耦合强度较低的条件下通过非传统光子阻塞实现了强的光子反聚束,零时延二阶相关函数可以低至g2（0）≈10-4。当系统由两个连续波激光驱动时,通过优化两个驱动激光场之间的相对相位,可以在比单激光驱动时更低的腔隧穿强度条件下产生较大腔内光子数的强光子反聚束。提出的光子分子系统在双激光场最佳相对相位条件下,可以在较大的参数范围内维持强光子反聚束,展现出系统良好的鲁棒性。2.理论上提出通过一个四能级量子点-双模腔耦合系统将单光子发射与双光子发射集成于一个系统的量子光源方案。利用四能级量子点的钻石型能级结构,可以在同一个系统中分别激励单光子跃迁和双光子跃迁。使用相干激励驱动四能级量子点-双模腔耦合系统,通过调节驱动激光场与腔模的频率失谐量Δ和两个驱动激光场的激励强度比r,调节和优化耦合系统的单光子和双光子共振。系统实现最佳单光子发射时,零时延二阶相关函数为ga2（0）≈0.15,而腔内光子数约为0.01。评估了两个腔模之间的频率分裂对系统单光子发射的影响,系统可以在2.4 GHz的腔模a的频率制造误差范围内保持光子反聚束。系统实现双光子发射时,Mandel参数Q=0.04,平均腔内光子数约为0.01。3.设计了一个用于产生高纯度自发参量下转换光子的混合准相位匹配波导结构模型。通过结合富硅氮化硅SixNy与PPLN薄膜,系统可以实现多功能芯片尺度和晶圆级的集成。富硅氮化硅降低了波导与LN薄膜之间的反射损耗。通过调节波导宽度并优化SixNy的折射率,光场模式可以被紧密地限制在设计的混合波导结构的PPLN区域。在1560 nm处,混合波导器件可以实现的最高二阶谐波产生归一化效率为225%W-1·cm-2。通过调节泵浦光以及PPLN的长度优化SPDC的相位匹配条件,进而产生了光谱纯度为95.17%的高纯度双光子态。将混合波导结构用作量子光源产生高维度双光子频率梳,并在数值上预测了高维度双光子频率梳的Hong-Ou-Mandel量子复现,可见度高达99.67%。通过模拟仿真与数值计算,预测了在33个时间区间内可见度超过50%的双光子干涉图样,相当于在高维量子比特纠缠中,每个光子可以携带约5个量子比特的信息。4.提出并证明了通过高维双光子频率梳实现偏振与能量—时间高维超纠缠的实验方案。利用ppKTP波导产生的Ⅱ型纠缠光子对,实现了一个每个光子携带5个量子比特的明亮双光子频率梳的产生。通过Hong-Ou-Mandel干涉仪来测量高维双光子频率梳的能量—时间纠缠特性,观测到了 10个Time-bin的HOM量子复现,中心Time-bin的双光子干涉可见度高达99.5%。通过将双光子频率梳在50:50光纤光分束器上混合,产生了偏振纠缠。通过偏振分析器对产生的偏振纠缠进行投影测量,得到了偏振纠缠的干涉条纹,可见度分别为98.46±0.36%,98.06±0.34%。由此计算出 CHSHS参数为 2.7416±0.031,以23.9的标准差违反了 Bell不等式。本论文的研究工作为量子光源的发展与实用化起到了推动作用,并对未来的密集量子编码及高维量子通信等方面的应用提供指导。
罗岸[8]（2019）在《真空腔场环境下双原子比特系统量子特性研究》文中指出二能级原子作为双态量子系统是量子比特的重要候选者,称为原子比特。在不破坏其相干性的情况下,是量子计算的信息存诸单元[1]。真空腔场环境作用下双原子比特系统是具有典型意义的量子信息系统。该系统具有量子相干、量子纠缠、信息熵压缩等重要的量子特性,在低噪声量子信息处理有着重要应用。本文运用全量子理论着重开展两类研究:第一类是考虑两原子比特初始处于Bell态,将其中一个注入真空态腔中发生多光子共振相互作用,对腔外原子比特控制施加逻辑门操作和态测量前后,控制腔内原子比特熵压缩性质、原子最大相干性恢复的理论研究[1,2];第二类,开展双模真空场环境下双原子比特量子回声调控及纠缠信息交换研究;得出了许多有意义的新结果:1.运用量子信息熵理论,研究上述模型中对腔外原子比特施逻辑门操作及基态测量前后,腔内原子比特的信息熵压缩性质[2]。结果表明,操作腔外原子比特前,腔内原子比特不产生熵压缩现象;对腔外原子比特施Hadamard（H）门和H类门操作后,在k=3光子过程中,腔内原子比特产生周期为π/（3!）1/2熵压缩现象,可制备最佳熵压缩态;在k>3的多光子过程中,随着光子数增加,熵压缩因子E（Sx）产生高频振荡,一般熵压缩频繁出现,最佳熵压缩产生次数明显增加,有利于噪声环境下量子通信和量子计算的实验实现。2.研究了初始处于最大纠缠态的两二能级原子,逻辑门操作腔外原子控制腔内原子多光子过程中最大相干性恢复[1]。研究表明操作腔外原子之前,腔内原子总是处于退相干态,不利于量子计算的实现;操作腔外原子后,对于2≤k≤10的多光子过程,腔内原子约化密度矩阵非对角元,呈现周期性演化;在nπ/2（k!）1/2时刻,其最大相干性得到恢复,最大相干叠加态得到制备。对于10≤k≤20的多光子过程,腔内原子密度矩阵非对角元呈高频振荡,振幅呈非线性变化;最大相干性恢复周期变小,一周期内恢复次数增多[1]。给出了实验线路图。3.运用量子态保真度、量子回声理论研究与双模真空腔场作用下两原子量子比特量子回声控制和贝尔态交换。讨论初始纠缠因子和相对耦合强度R=g1/g2对量子态保真度的影响。结果表明,在相同的耦合情况下R=1,总是产生周期为π的量子回声,通过选择适当的θ和控制相互作用时间可以控制保真度的值。在不同的耦合情况下,通过调整R,形成周期分别为π,2π和4π的量子回声,这源于双模真空腔场具有非马尔科夫性质。基于这种性质,提出贝尔态从双原子比特到双模腔场的循环交换方案。
李冬芬[9]（2017）在《噪声信道下量子隐形传态关键问题及其应用研究》文中研究指明信息安全是推动信息化发展的前提条件,密码系统是信息安全的基础。传统基于复杂计算的经典密码算法在后摩尔时代的量子计算等超强新技术下破解变得更加容易,甚至“不堪一击”。而量子隐形传态利用量子不可分割、状态不可克隆、探测瞬间坍塌的特性,依据量子相干叠加和量子纠缠等理论,对量子态测量及粒子坍塌态计算,并通过幺正变换等操作来重建未知量子态信息,保证了信息传输的绝对安全,在大尺度量子计算、远距离量子通信和量子计算网络中发挥着至关重要的作用,已成为世界各国学术、军事和信息技术行业都研究的热点。本文针对噪声下量子退相干的不断增长,光子的多自由度特性在量子物理体系中呈现出的非定域、非经典的强关联性,动摇了量子隐形传态协议中的单一自由度独立性假设,导致现有量子隐形传态信道难以在有限资源与纠缠死亡的矛盾下提供令系统满意服务的痛点问题,提出更加接近实际环境的鲁棒量子隐形传态协议。所取得的主要研究成果如下:1.高保真纠缠量子隐形传态信道框架构建首先针对在量子隐形传态过程中出现“纠缠死亡”问题和量子退相干现象,通过分析空间上相互独立的两个原子系统纠缠随时间演化过程,研究原子和腔场初始纠缠度与腔场的初始纠缠度的关系,刻画了“纠缠死亡”免疫模型。并通过分析T-C模型和J-C模型中退相干因子出现的振幅震荡现象,刻画了量子退相干纠缠演化模型。其次针对不同噪声特性,设计了基于密度矩阵的免疫噪声模型和基于DFS的联合噪声免疫模型,且分析了不同角色下的最佳量子比特效率。最后针对信道容量因纠缠死亡导致低下的问题,设计了基于图态基树图和森林图的信道容量编码,分析了相干性信息和信道容量,有效计算了噪声信量容量的逼近值和噪声容限,从而得到了不同噪声信道和共同局域噪声下可传输量子信息的区域。2.不同信道中Bell态和任意态的量子信息分离针对在不同信道或者同一信道中传输粒子少且计算复杂等问题,创新性的提出了利用不同的量子信道来进行Bell态和任意态的量子信息分离方案。首先利用四粒子纠缠态作为量子信道进行两粒子Bell态的量子信息分离,实现了传递Bell态信息的量子分离过程;其次利用五粒子纠缠态分离任意单粒子和两粒子态的量子信息分离;最后利用不同的量子信道即利用四粒子团簇态和两粒子Bell态、四粒子团簇态和GHZ态分离任意三粒子态的量子信息分离过程。通过利用不同的量子信道分离任意的三粒子态,执行不同的测量操作来实现高效率的量子信息分离过程,并且对于量子信息分离的过程在腔量子电动力学中进行了物理实现。3.免疫噪声的多自由度量子隐形传态协议针对单自由度下的量子隐形传态成本高、效率低等问题,创新性的提出了一种新的免疫噪声的可控多自由度量子隐形传态协议。首先通过分析引导自旋—轨道角动量来调整多自由度需求强度在时间、空间、频率上的分布特征,实现了量子在多自由度下高亮度纠缠源的制备。其次刻画了自旋—轨道角动量和超Bell态之间的转换关系,进行了超Bell态的测量和超密编码,达到了在各自角动量的约束下满足超Bell态测量的多重需求目标。最后设计了可控的量子隐形传态身份认证模型,实现了在独立不同噪声中和局域共同噪声下的鲁棒量子隐形传态,并对协议的保真度和平均保真度效率进行分析,提高了测量效率和安全性。4.噪声信道下容错的量子隐形传态协议应用针对量子隐形传态在实用化方面的瓶颈问题,设计了免疫噪声的量子对话和连续变量的量子密钥分发两种典型应用。首先提出了基于诱骗态和隐写来检测对话双方身份是否有误和对话信道是否安全的对话机制,构造了单光子、广义纠缠态,将对话双方事先共享的身份识别码转换为对联合噪声免疫的逻辑量子态,随机地混杂隐写在信息序列中传送,既进行身份认证又进行窃听检测。其次提出了连续变量的确定性量子密钥分发协议,主要是发送者通过公共信道传递预先确定的密钥给信息接收者。最后经过安全性和性能验证,提出的两种量子隐形传态应用都具有高的鲁棒性和效率,在噪声下更具潜力和容错性。综上,本文围绕噪声下的量子隐形传态关键问题及其应用展开了研究,研究成果为该领域提供了新的解决思路,丰富了量子通信理论,为进一步推动实用化量子隐形传态技术开辟了新的应用领域。
石瑛[10]（2014）在《双原子系统中的量子纠缠演化及其在量子通讯中的应用》文中进行了进一步梳理量子信息学是以量子力学和信息科学为基础的一门新兴交叉学科,它主要利用量子态的相干性、量子纠缠等量子力学的奇妙特性来完成传统的信息任务。量子信息在信息处理任务中具有相应的经典信息无法比拟的优越性,如超快的运算速度,超大的信道容量以及无法破译的保密通讯等。近年来以场量子和实物粒子作为信息载体的相关研究引起了广泛关注,尤其是基于腔QED（腔量子电动力学）的设计方案,由于具有较长的退相干时间以及高品质的腔,并可以在实验上实现原子与场的强耦合,被认为是最有前景的量子信息方案之一。本论文主要工作就是基于原子和光场相互作用模型,研究在不同方案下双原子的量子关联演化并完成纠缠态的制备、量子态的隐形传输等信息处理任务。全文共分五章,其中第三章到第五章是我们的主要研究工作,整篇论文的具体内容安排如下：第一章介绍了论文的研究背景和研究意义,主要包括量子计算和量子通讯的研究历史和研究意义以及量子信息物理实现的物理系统的介绍,并给出全文的主要研究内容和章节安排。第二章介绍了本文研究内容的基本概念和基础知识,主要包括量子比特,通用量子门,几种常用的量子关联判据和度量方法以及光场的几种非经典态。第三章在光和原子相互作用的量子系统中,利用量子纠缠转移技术和量子直接通讯技术,我们提出了一个实现双向量子信息存储与交换的方案。通过分析原子与光子相互作用,可以制备出原子-光子的纠缠态。利用单光子探测技术,可以完全的分辨出光子的Bell态,从而准确的实现纠缠转移,即将原子与光子的纠缠转移到原子-原子上。之后,利用单原子存储技术,将方案中的操作信息存储到目标原子上。此方案的优点是,首先,可以实现远距离的双向量子对话,将双方信息进行交换。其次,利用第三方进行信息的交换与存储的同时不被第三方获取任何信息,即不需要第三方提供认证,从而保证了通讯的安全性。最后,信息存储在第三方的原子上,理论上合法的通讯双方可以选择任何时间完成对话。第四章给出了如何利用热场动力学的方法研究双原子系统稳态纠缠随温度变化的问题。我们介绍了热场动力学的研究方法,并利用该方法来处理处于相同温度下存在相互作用的双原子系统以及处于不同温度的没有任何相互作用的双原子系统的纠缠演化问题。使用q一形变谐振子形式,在q-Fock空间将哈密顿量展开,再利用热场动力学方法,得到系统热化后的原子频率以及耦合系数的变化对不同温度下系统量子关联的影响以及维持系统量子特性的条件。第五章研究了量子通讯中重要的纠缠对共享资源,主要包括如何从连续变量系统中提取纠缠,并远距离制备纠缠对原子。我们提出一个模型,同时包含连续变量系统与离散变量系统,通过研究两种系统的动力学演化,我们发现连续变量系统纠缠与离散变量系统纠缠之间可以相互转化。而且,在光场耦合强度非对称的情况下,不影响远距离两个离散系统获取的纠缠大小。同时,我们还计算了离散变量系统获取最大纠缠以及稳定纠缠的条件。最后,我们给出全文的总结和展望。
二、Fock态腔场与Bell态原子相互作用的动力学特性（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Fock态腔场与Bell态原子相互作用的动力学特性（论文提纲范文）
（1）基于超导原子和微波光子多比特相位门构建（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景和意义 |
| 1.2 电路电动力学的发展 |
| 1.3 从经典计算到量子计算 |
| 1.3.1 量子比特 |
| 1.3.2 量子逻辑门 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 第2章 电路QED系统简介 |
| 2.1 系统概述 |
| 2.2 超导量子比特 |
| 2.2.1 约瑟夫森效应 |
| 2.2.2 超导电荷比特 |
| 2.2.3 超导相位比特 |
| 2.2.4 超导磁通比特 |
| 2.2.5 超导量子干涉仪 |
| 2.3 超导腔 |
| 2.3.1 LC振荡电路 |
| 2.3.2 超导共面波导谐振腔 |
| 2.3.3 三维谐振腔 |
| 2.4 超导比特与谐振腔耦合的J-C模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 超导原子作为量子信息载体构建多比特相位门 |
| 3.1 多比特相位门的模型和结构 |
| 3.2 利用多量子比特相位门制备纠缠态 |
| 3.3 数值模拟制备纠缠态的有效性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 微波光子作为量子信息载体的多比特相位门构建 |
| 4.1 量子系统的介绍 |
| 4.2 两比特相位门的构建 |
| 4.3 三比特相位门的构建 |
| 4.4 多比特相位门的构建 |
| 4.5 脉冲塑形在耦合强度中的应用 |
| 4.6 抑制超导原子的不必要跃迁 |
| 4.6.1 失谐补偿法 |
| 4.6.2 优化失谐补偿法 |
| 4.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（2）腔QED系统中原子纠缠态的制备（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 量子纠缠的研究背景 |
| 1.2 纠缠态制备的研究现状 |
| 1.3 纠缠制备的理论基础 |
| 1.3.1 量子开放系统的演化 |
| 1.3.2 量子纠缠 |
| 1.3.3 腔QED系统中的相互作用 |
| 1.4 本文主要的研究内容 |
| 第2章 腔QED系统中利用纠缠交换制备二原子三维纠缠态 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 物理模型和哈密顿量 |
| 2.3 原子与腔场之间的纠缠 |
| 2.4 原子之间的纠缠 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 腔QED系统中基于纠缠交换和李雅普诺夫控制的三原子GHZ态和W态制备 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 在非马尔可夫环境中利用纠缠交换制备三原子GHZ态 |
| 3.2.1 物理模型和动力学演化 |
| 3.2.2 原子与腔场之间的纠缠 |
| 3.2.3 原子之间的纠缠 |
| 3.3 在腔-光纤-腔系统中利用李雅普诺夫控制制备三原子W态 |
| 3.3.1 物理模型和哈密顿量 |
| 3.3.2 封闭系统中的李雅普诺夫控制 |
| 3.3.3 开放系统中的李雅普诺夫控制 |
| 3.3.4 时间优化的李雅普诺夫控制 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 腔QED系统中利用原子集体激发和单光子测量制备多原子NOON态 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 利用原子集体激发制备NOON态 |
| 4.2.1 物理模型与等效哈密顿量 |
| 4.2.2 系统的动力学演化与NOON态的制备 |
| 4.2.3 四原子NOON态的制备 |
| 4.3 利用单光子测量制备NOON态 |
| 4.3.1 物理模型与哈密顿量 |
| 4.3.2 NOON态的制备步骤 |
| 4.3.3 耗散对NOON态制备的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其他成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（3）基于里德堡原子的量子信息处理（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 里德堡原子 |
| 1.2 里德堡阻塞效应 |
| 1.3 里德堡反阻塞效应 |
| 1.4 里德堡缀饰 |
| 1.5 本文结构及主要内容 |
| 第二章 基于里德堡反阻塞效应的纠缠态制备 |
| 2.1 利用耗散制备稳定纠缠态 |
| 2.1.1 纠缠态 |
| 2.1.2 耗散制备纠缠态 |
| 2.2 稳定的KLM态的制备 |
| 2.2.1 物理系统及工作原理 |
| 2.2.2 相关参数的影响 |
| 2.2.3 方案的实验可行性 |
| 2.2.4 扩展:一般形式的两粒子KLM态的制备 |
| 2.3 稳定的W态的制备 |
| 2.3.1 物理系统及工作原理 |
| 2.3.2 相关参数的影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于里德堡反阻塞效应的耗散量子态传输 |
| 3.1 耗散量子态传输 |
| 3.1.1 物理系统 |
| 3.1.2 工作原理 |
| 3.1.3 相关参数的影响 |
| 3.1.4 扩展:抵抗集体退相的耗散量子态传输 |
| 3.2 本章小结 |
| 第四章 里德堡原子的基态阻塞效应 |
| 4.1 基态阻塞的机制 |
| 4.2 利用里德堡基态阻塞效应绝热制备多粒子GHZ态 |
| 4.2.1 物理系统及工作原理 |
| 4.2.2 相关参数的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 非传统里德堡泵浦 |
| 5.1 非传统里德堡泵浦的机制 |
| 5.2 利用非传统里德堡泵浦实现三比特控制相位门 |
| 5.2.1 控制相位门 |
| 5.2.2 三比特控制相位门的实现 |
| 5.3 利用非传统里德堡泵浦耗散制备纠缠态 |
| 5.3.1 二维纠缠态的制备 |
| 5.3.2 三维纠缠态的制备 |
| 5.4 利用非传统里德堡泵浦实现自动量子纠错 |
| 5.4.1 量子纠错 |
| 5.4.2 基于非传统里德堡泵浦的自动量子纠错方案 |
| 5.5 本章小结 |
| 本文总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间公开发表论文及着作情况 |
（4）耗散机制下分布式量子纠缠的制备（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究基础及现状 |
| 1.2.1 量子纠缠 |
| 1.2.2 量子主方程 |
| 1.2.3 基于幺正动力学的制备方案 |
| 1.2.4 利用耗散过程制备纠缠 |
| 1.3 研究的目的及意义 |
| 1.4 本文研究的主要内容 |
| 第2章 利用单边量子比特驱动实现耗散辅助的分布式稳态纠缠的制备 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 在腔-光纤-腔系统中利用单边量子比特驱动制备分布式纠缠态 |
| 2.2.1 模型与哈密顿量 |
| 2.2.2 缀饰态表象下的哈密顿量和耗散过程 |
| 2.2.3 利用耗散过程制备目标纠缠态 |
| 2.2.4 可行性分析 |
| 2.2.5 基于分布式稳态纠缠的量子隐形传送 |
| 2.3 在耦合腔系统中利用单边量子比特驱动制备分布式纠缠态 |
| 2.3.1 理论模型 |
| 2.3.2 稳态纠缠的制备 |
| 2.3.3 数值模拟和分析 |
| 2.3.4 稳态方程的解析形式 |
| 2.3.5 基于分布式稳态纠缠的量子态转移 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 在耦合腔中同时利用腔模泄露和原子自发辐射构建分布式稳态纠缠 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 耦合腔模型及哈密顿量 |
| 3.3 哈密顿量驱动系统态转化过程 |
| 3.4 同时利用两种耗散机制制备目标纠缠 |
| 3.5 数值模拟和讨论 |
| 3.6 利用不同的跃迁通道制备目标态 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 利用集体光子衰减制备远距离原子多体稳态纠缠 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 腔-光纤-腔系统和哈密顿量 |
| 4.3 多体远距离原子纠缠的制备 |
| 4.4 保真度和纯度的数值模拟 |
| 4.5 方案的有效性分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 同时利用固态系统中两种耗散因素制备氮空穴色心之间可调的分布式稳态纠缠 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 氮空穴色心与微环共振器耦合模型 |
| 5.3 KLM-型稳态纠缠的制备 |
| 5.3.1 利用非局域场模衰减制备纠缠 |
| 5.3.2 利用NV色心的自发辐射制备纠缠 |
| 5.3.3 同时利用两个耗散因子制备纠缠态 |
| 5.3.4 KLM-型稳态纠缠的可调性质 |
| 5.4 方案的鲁棒性 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（5）在光学腔中自旋压缩态产生的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1 引言 |
| 2 自旋压缩理论的研究背景 |
| 3 自旋压缩态的主要应用 |
| 4 本文研究的内容 |
| 第二章 基本理论 |
| 1 光与原子相互作用 |
| 1.1 光场的量子化 |
| 1.2 原子-场相互作用的哈密顿量 |
| 1.3 单模光场与二能级原子相互作用的半经典描述 |
| 1.4 单模光场与二能级原子相互作用的全量子描述 |
| 2 自旋压缩态 |
| 2.1 光场的压缩态 |
| 2.2 自旋压缩的定义 |
| 2.3 自旋压缩的数学表示 |
| 2.4 自旋压缩参数 |
| 2.5 自旋压缩的产生 |
| 2.5.1 单轴扭曲模型 |
| 2.5.2 双轴扭曲模型 |
| 3 量子纠缠态 |
| 3.1 量子纠缠的概念 |
| 3.2 几种常见纠缠态 |
| 3.2.1 Bell态 |
| 3.2.2 GHZ纠缠态 |
| 3.2.3 W纠缠态 |
| 3.3 量子纠缠的度量 |
| 3.3.1 约化熵纠缠 |
| 3.3.2 形成纠缠 |
| 3.4 量子纠缠的应用 |
| 3.4.1 量子隐形传态 |
| 3.4.2 量子秘钥分发 |
| 4 海森堡-朗之万理论 |
| 第三章 在光学腔中通过非共振受激拉曼制备自旋压缩态 |
| 1 引言 |
| 2 压缩态的产生 |
| 3 噪声对方案的影响 |
| 4 结论 |
| 第四章 在光学腔中利用相干光场制备原子系综的纠缠态 |
| 1 引言 |
| 2 纠缠态的产生 |
| 3 噪声对方案的影响 |
| 4 结论 |
| 第五章 结论与展望 |
| 1 结论 |
| 2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 噪声情况下运动方程的详细推导 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表的论文 |
（6）量子信息输运和非绝热量子计算的理论研究（论文提纲范文）
| 论文创新点 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 腔量子电动力学(Cavity Quantum Electrodynamics) |
| 1.1.1 背景和历史 |
| 1.1.2 腔QED系统的物理参数 |
| 1.1.3 Jaynes-Cummings模型 |
| 1.1.4 退相干 |
| 1.2 量子信息基础知识 |
| 1.2.1 量子态 |
| 1.2.2 量子纠缠 |
| 1.2.3 量子通信 |
| 1.2.4 保真度 |
| 1.3 量子计算 |
| 1.3.1 量子比特 |
| 1.3.2 寄存器 |
| 1.3.3 量子逻辑门 |
| 1.3.4 量子算法 |
| 1.4 量子计算机 |
| 1.5 抗量子计算公钥密码 |
| 1.5.1 基于Hash函数的数字签名方案 |
| 1.5.2 基于纠错码的密码 |
| 1.5.3 基于格的密码 |
| 1.6 NV中心 |
| 1.7 本论文的主要结构 |
| 2 原子间偶极-偶极相互作用对耦合腔波导完美传输单光子的影响 |
| 2.1 背景介绍 |
| 2.2 理论模型 |
| 2.3 单光子输运的透射光谱 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于循环三能级系统的量子路由保真度分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 单光子量子路由 |
| 3.3 量子态高保真度分析 |
| 3.4 小结 |
| 4 基于循环三能级系统在光学腔中实现量子iSWAP门 |
| 4.1 背景介绍 |
| 4.2 物理模型 |
| 4.3 量子iSWAP门 |
| 4.4 小结 |
| 5 在NV中心固态自旋下实现高保真度非绝热量子计算 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 非绝热整体量子计算 |
| 5.3 单比特量子门 |
| 5.4 数值模拟与讨论 |
| 5.5 双比特量子门 |
| 5.6 小结 |
| 6 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 附录 A 符号约定 |
| 附录 B 运用时间平均法获得有效哈密顿量 |
| 附录 C 耦合腔波导介绍 |
| 参考文献 |
| 攻博期间发表的科研成果目录 |
| 致谢 |
（7）量子耦合系统的发光特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 确定性单光子源 |
| 1.3 概率性单光子源 |
| 1.3.1 自发参量下转换 |
| 1.3.2 四波混频 |
| 1.4 高维量子纠缠 |
| 1.5 论文主要研究内容及结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 理论基础及计算方法 |
| 2.1 光的量子理论 |
| 2.1.1 电磁场的量子化 |
| 2.1.2 光子数态 |
| 2.2 原子与场相互作用的量子理论 |
| 2.2.1 Jaynes-Cummings模型 |
| 2.2.2 缀饰态 |
| 2.2.3 量子轨迹法与主方程 |
| 2.3 光子的相干函数与统计特性 |
| 2.3.1 相干态 |
| 2.3.2 光子的二阶相干函数 |
| 2.4 基于CQED系统的光子阻塞 |
| 2.5 光分束器上的量子干涉 |
| 2.5.1 单光子与光分束器 |
| 2.5.2 双光子对与光分束器 |
| 2.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 光子分子中的非传统光子阻塞 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 理论模型与能级结构 |
| 3.3 光子统计特性分析 |
| 3.3.1 单激光场驱动 |
| 3.3.2 双激光场驱动 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 基于四能级量子点—双模腔耦合系统的可调谐单光子与双光子发射 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论模型与能级结构 |
| 4.3 光子统计特性分析 |
| 4.3.1 系统的发射频谱特性 |
| 4.3.2 系统的单光子发射 |
| 4.3.3 系统的双光子发射 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 富硅氮化硅—周期性极化铌酸锂混合波导中的自发参量下转换 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 器件结构模型 |
| 5.3 模式计算与器件优化设计 |
| 5.3.1 模式区域面积和模式限制因子 |
| 5.3.2 模式重叠区域与SHG归一化效率 |
| 5.3.3 混合波导结构的设计图 |
| 5.4 联合光谱分析 |
| 5.4.1 SPDC的量子描述 |
| 5.4.2 联合光谱强度与光子纯度 |
| 5.5 高维双光子频率梳 |
| 5.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 基于双光子频率梳的高维量子超纠缠 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验原理与方案 |
| 6.2.1 高维量子纠缠实验装置示意图 |
| 6.2.2 自注入锁定泵浦激光器 |
| 6.2.3 基于ppKTP波导的偏振纠缠光子源 |
| 6.3 HOM量子复现 |
| 6.3.1 HOM双光子干涉 |
| 6.3.2 高维双光子频率梳的HOM复现 |
| 6.4 高维双光子频率梳的偏振纠缠测量 |
| 6.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 工作总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 未来展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的主要科研成果 |
（8）真空腔场环境下双原子比特系统量子特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 量子相干性 |
| 1.2.2 原子信息熵压缩 |
| 1.2.3 量子态保真度和周期量子回声 |
| 1.3 研究内容 |
| 第二章 量子非经典效应的基本理论 |
| 2.1 量子纠缠 |
| 2.1.1 量子纠缠的定义 |
| 2.1.2 量子纠缠量度 |
| 2.2 量子信息保真度及周期量子回声 |
| 2.2.1 量子态保真度 |
| 2.2.2 周期量子回声 |
| 2.3 原子的信息熵压缩理论 |
| 2.3.1 传统原子压缩定义 |
| 2.3.2 原子的信息熵测不准关系 |
| 2.3.3 原信息熵压缩定义 |
| 2.4 量子相干性 |
| 2.4.1 量子相干态 |
| 2.4.2 最大相干态 |
| 2.4.3 原子密度矩阵及相干性量度 |
| 2.5 量子比特与量子逻辑门 |
| 2.5.1 量子比特(qubit) |
| 2.5.2 量子逻辑门 |
| 第三章 操作腔外原子比特控制腔内原子比特最大相干性恢复及熵压缩性质 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模型、逻辑门操作及密度矩阵 |
| 3.2.1 模型 |
| 3.2.2 逻辑门操作 |
| 3.2.3 原子比特密度矩阵 |
| 3.3 腔内原子最大相干性恢复 |
| 3.3.1 操作腔外原子1 前的情况 |
| 3.3.2 操作腔外原子1 后的情况 |
| 3.4 原子比特信息熵压缩 |
| 3.4.1 数值计算和讨论 |
| 3.5 结论 |
| 第四章 双模真空环境下两原子比特量子回声及Bell态交换的控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型及其解 |
| 4.3 双原子比特保真度及周期量子回声 |
| 4.3.1 量子态保真度 |
| 4.3.2 周期量子回声 |
| 4.3.3 非马尔科夫环境 |
| 4.3.4 纠缠量度 |
| 4.4 数值讨论及分析 |
| 4.4.1 双原子比特与光场等同耦合(R=1)情况 |
| 4.4.2 双原子比特与光场非等同耦合(R≠1)情况 |
| 4.5 Bell态循环交换器制作方案 |
| 4.6 结论 |
| 第五章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间完成的论文 |
| 致谢 |
（9）噪声信道下量子隐形传态关键问题及其应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 相关研究动态分析 |
| 1.2.1 量子纠缠演化与免疫噪声模型相关研究 |
| 1.2.2 量子信道容量与编码相关研究 |
| 1.2.3 量子信息分离相关研究 |
| 1.2.4 量子隐形传态协议相关研究 |
| 1.3 挑战性科学问题 |
| 1.4 研究内容与创新点 |
| 1.4.1 研究思路 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 1.4.3 创新点 |
| 1.5 论文的组织结构 |
| 第二章 理论基础 |
| 2.1 量子力学基本原理 |
| 2.1.1 不确定性原理 |
| 2.1.2 态叠加原理 |
| 2.1.3 量子不可克隆定理 |
| 2.2 量子纠缠与纠缠交换 |
| 2.2.1 量子纠缠 |
| 2.2.2 纠缠交换 |
| 2.3 开放系统的量子噪声特性 |
| 2.3.1 开放系统 |
| 2.3.2 测量方法 |
| 2.3.3 量子保真度 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 高保真纠缠量子隐形传态信道框架构建 |
| 3.1 量子纠缠演化模型建立 |
| 3.1.1“纠缠死亡”问题刻画 |
| 3.1.1.1 相互独立的两个系统纠缠演化特性刻画 |
| 3.1.1.2 两个三能级系统的纠缠演化特性刻画 |
| 3.1.2 量子退相干刻画 |
| 3.1.2.1 T-C模型的量子退相干刻画 |
| 3.1.2.2 J-C模型的量子退相干刻画 |
| 3.1.3 局域共同模式下的量子纠缠演化 |
| 3.1.3.1 噪声下的纠缠演化 |
| 3.1.3.2 噪声下的纠缠演化 |
| 3.1.3.3 噪声下的纠缠演化 |
| 3.1.3.4 局域退极化噪声下的纠缠演化 |
| 3.2 构建免疫噪声模型 |
| 3.2.1 基于密度矩阵的免疫噪声模型 |
| 3.2.1.1 性质 |
| 3.2.1.2 噪声建模 |
| 3.2.1.3 量子比特效率性能分析 |
| 3.2.2 基于DFS的联合噪声免疫模型 |
| 3.2.2.1 构建联合退相位噪声的免疫模型 |
| 3.2.2.2 构建联合旋转噪声的免疫模型 |
| 3.2.2.3 二维4量子比特超纠缠态下的免疫联合噪声模型 |
| 3.3 信道容量编码 |
| 3.3.1 量子级联码数学描述 |
| 3.3.2 图态基信道容量编码 |
| 3.3.2.1 基于树图的信道编码 |
| 3.3.2.2 基于森林图的信道编码 |
| 3.3.2.3 噪声容限分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 不同信道中的BELL态和任意态的量子信息分离 |
| 4.1 基于BELL态 |
| 4.1.1 分离过程 |
| 4.1.2 安全性分析 |
| 4.2 利用五粒子纠缠态分离任意单粒子两粒子态 |
| 4.2.1 分离任意单粒子 |
| 4.2.2 分离任意两粒子 |
| 4.2.3 安全性分析 |
| 4.3 利用四粒子团簇态和两粒子BELL态分离任意两粒子态 |
| 4.3.1 分离过程描述 |
| 4.3.2 安全性分析 |
| 4.3.3 物理实现 |
| 4.3.3.1 团簇态的制备 |
| 4.3.3.2 Bell态的制备 |
| 4.3.3.3 在QED系统中实现的过程 |
| 4.4 利用四粒子团簇态和GHZ态分离任意三粒子态 |
| 4.4.1 分离过程描述 |
| 4.4.2 安全性分析 |
| 4.4.3 任意三粒子态分离的物理实现 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 免疫噪声的可控多自由度量子隐形传态协议 |
| 5.1 高亮度纠缠源制备 |
| 5.2 BELL态量子纠缠提纯 |
| 5.3 超纠缠BELL态测量及超密编码 |
| 5.3.1 超BELL态测量方法 |
| 5.3.2 BELL态超密编码 |
| 5.3.2.1 退相位噪声下的超密编码 |
| 5.3.2.2 旋转噪声信道下的超密编码 |
| 5.3.2.3 联合共同噪声下的超密编码 |
| 5.4 可控的量子隐形传态身份认证模型 |
| 5.4.1 构建可控的身份认证模型 |
| 5.4.2 身份认证过程 |
| 5.4.3 安全性分析 |
| 5.5 鲁棒量子隐形传态协议过程 |
| 5.5.1 独立不同噪声中的量子隐形传态 |
| 5.5.2 局域共同模式下的量子隐形传态 |
| 5.5.2.1 局域共同泡利x噪声下量子隐形传态 |
| 5.5.2.2 局域共同泡利y噪声下量子隐形传态 |
| 5.5.2.3 局域共同泡利z噪声下量子隐形传态 |
| 5.5.2.4 局域退极化噪声下量子隐形传态 |
| 5.6 免疫噪声的多自由度量子隐形态协议效率分析 |
| 5.6.1 保真度 |
| 5.6.2 平均保真度 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 噪声信道下容错的量子隐形传态应用 |
| 6.1 免疫噪声的量子对话 |
| 6.1.1 带身份认证的量子对话 |
| 6.1.1.1 免疫噪声的QD协议 |
| 6.1.1.2 协议通信过程 |
| 6.1.1.3 协议安全性分析 |
| 6.1.1.4 协议比较 |
| 6.1.2 基于单光子的量子对话 |
| 6.1.2.1 通信过程 |
| 6.1.2.2 安全性分析 |
| 6.1.3 基于纠缠态测量的量子对话 |
| 6.1.3.1 联合退相干信道上QD协议 |
| 6.1.3.2 联合旋转信道上QD协议 |
| 6.2 连续变量的量子密钥分发 |
| 6.2.1 密钥分发过程 |
| 6.2.2 安全性分析 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 本文研究工作总结 |
| 7.2 下一步研究思路 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（10）双原子系统中的量子纠缠演化及其在量子通讯中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| CONTENTS |
| 插图目录 |
| 表格目录 |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 量子信息简介 |
| 1.2 量子计算 |
| 1.3 量子通信 |
| 1.4 量子隐形传态 |
| 1.5 量子信息过程的物理实现 |
| 2 基础知识介绍 |
| 2.1 量子比特 |
| 2.2 量子门 |
| 2.3 量子关联的判据和度量 |
| 2.3.1 Concurrence |
| 2.3.2 Quantum discord |
| 2.3.3 Consonance |
| 2.3.4 Negativity |
| 2.4 光场的非经典态 |
| 2.4.1 粒子数态 |
| 2.4.2 相干态 |
| 2.4.3 纠缠相干态 |
| 2.4.4 压缩态 |
| 3 利用双原子系统实现双向量子信息的存储与交换 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 模型介绍 |
| 3.3 双向量子信息的存储与交换 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 双原子系统的量子关联热化 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 热场动力学 |
| 4.3 处于同一温度的相互作用的双原子系统 |
| 4.4 处于不同温度的双原子系统 |
| 4.4.1 模型介绍 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 从连续变量系统中提取纠缠 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 模型及理论推导 |
| 5.3 数值求解以及结果分析讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
四、Fock态腔场与Bell态原子相互作用的动力学特性（论文参考文献）
- [1]基于超导原子和微波光子多比特相位门构建[D]. 韩锦萱. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [2]腔QED系统中原子纠缠态的制备[D]. 李闯. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [3]基于里德堡原子的量子信息处理[D]. 李冬啸. 东北师范大学, 2020(01)
- [4]耗散机制下分布式量子纠缠的制备[D]. 金钊. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [5]在光学腔中自旋压缩态产生的研究[D]. 刘刚. 温州大学, 2019(01)
- [6]量子信息输运和非绝热量子计算的理论研究[D]. 闫国安. 武汉大学, 2019(08)
- [7]量子耦合系统的发光特性研究[D]. 程祥. 北京邮电大学, 2019(01)
- [8]真空腔场环境下双原子比特系统量子特性研究[D]. 罗岸. 湖南科技大学, 2019(06)
- [9]噪声信道下量子隐形传态关键问题及其应用研究[D]. 李冬芬. 电子科技大学, 2017(01)
- [10]双原子系统中的量子纠缠演化及其在量子通讯中的应用[D]. 石瑛. 大连理工大学, 2014(07)