Λ型三能级量子系统特性及应用研究
虽然现在传统电子计算设备的计算能力每年仍在不断提升，但在摩尔定律下每十八个月计算机晶体管密集程度翻一番，计算速度也随之翻一番的预期，已经越来越难以实现。而近几十年以来，量子计算机和量子信息学的快速发展，为信息时代打开了一扇崭新的大门，受到了世界各国、各机构的高度关注。在物理上实现量子计算机与量子信息的关键在于寻找一个合适的物理系统作为支撑，并在这一物理系统下要求能够实现各种的量子逻辑门。腔量子电动力学方案作为一种较为合适的物理系统，其主要思想是将原子束缚在高品质的腔中，并将量子信息编码在原子的能态上，光腔则用于量子信息的传输。因此本文主要研究了一个基于Λ型三能级原子与一个双模腔场所构成系统的动力学特性，以及在此系统下对实现量子逻辑门方法的探究。 本文主要内容包括： 第一章简要阐述量子计算机的发展，以及对量子计算机的基本概念和基本理论知识进行简单的介绍。 第二章研究了由一个Λ型三能级原子和一个双模腔场构成的量子系统，在仅考虑1个激发态的情况下，通过对原子、腔模1、腔模2被激发概率的计算，以及对原子冯诺依曼熵的计算，直观的体现出了这个系统量子态之间相互作用变换的过程。讨论了原子与腔模的耦合强度和失谐系数变化对系统的纠缠动力学特性的影响，并探讨了原子熵随时间演化的周期性问题，其耦合系数影响着原子纠缠度的变换频率，呈现出正相关性，而影响原子纠缠度大小的则是失谐系数，呈现出负相关性。 第三章通过构建单个Λ型三能级原子和两个超导谐振器之间相互耦合的模型；给出了实现控制Z门（Controlled-Z）的四种操作方案和实现交换门（Swap）的两种操作方案；同时对实现控制 Z 门的第一种操作方案进行了保真度的数值模拟仿真。结果表明：通过 20.83ns 的运行时间，其保真度为 96.67%，而衰减率、弛豫速率和移相比率的增加会降低系统的保真度，而耦合强度的增加会减少系统的运行时间，从而减小衰减参数的影响，提高系统的保真度。 第四章对本论文的研究工作进行总结和展望。
Λ型三能级原子;双模腔场;超导谐振器;量子相位门;系统特性
吉首大学
硕士
物理学
邬云文
2018
中文
TP38
2019-01-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）