一、势阱离子+腔场系统中量子逻辑门的实现（论文文献综述）
杨鹏飞[1]（2020）在《强耦合腔QED系统中光学非互易现象的研究》文中研究说明强耦合腔量子电动力学（QED）系统为研究原子和光子的确定性相互作用提供了良好的平台。基于原子和腔场的强耦合,人们在单量子操控及其与原子的相互作用方面取得了丰富的成果,例如可控单光子源、单量子水平的非线性效应、光子-光子、光子-原子以及原子-原子纠缠、原子运动轨迹的精密测量、量子存储、量子网络接口、逻辑门操作等。我们主要研究基于腔QED系统中的非线性效应引起的光学非互易（ONR）现象。在光子信息处理过程中,实现光信号传输路径的控制和对噪声单向传输的控制是非常关键的手段。光学非互易因其能够实现对光信号的路由功能以及有效抑制噪声反向传输带来的影响而变得非常重要。随着光子信息处理的快速发展,人们对光学非互易特别是无磁光学非互易现象进行了广泛的研究且取得了巨大进展。目前,利用经典的方法实现的对光场控制的ONR,已经很难满足片上光子信息处理对无磁和超低功耗的苛刻要求。本文将不对称的高精细度光学微腔与强耦合腔QED结合,利用系统显着的量子非线性效应,实现了少光子水平的光场的非互易传输,在平均12个原子的情况下,实现了反向光场>30 d B的阻塞率。该系统通过光纤腔可以实现基于芯片的光学二极管,为实现片基的超低功耗光二极管提供了一种途径。在连续变量的光子信息处理中有着巨大的应用潜力。更重要的是,通过将极化的原子与传统的强耦合腔QED相结合的方法,制备了光与物质杂化的腔极子,从本质上破坏了系统的时间反演对称性,在单光子水平上实现了隔离比大于30 d B的无磁光隔离器以及非互易的量子统计行为,揭示了非互易腔极子的量子本质,为探索光子学和量子网络应用中的非互易现象和多体物理中新的拓扑相提供了很大的潜力。本文工作主要分为以下几个部分:1.介绍强耦合腔量子电动力学的研究动机。腔QED发展的基本现状,基于强耦合腔QED系统,目前已经实现的量子光学中的重要研究进展。最后介绍本文研究的动机和结构安排。2.从J-C模型出发,介绍理想无耗散的单原子腔QED系统;运用海森堡运动方程,处理开放系统中单原子-腔耦合系统在弱激发时的结果。随后拓展到N个二能级原子与腔相互作用,引入平均场近似,利用麦克斯韦-布洛赫方程,讨论了稳态情况下,该系统的双稳方程及弱激发情况下透射率随失谐的变化。3.介绍实验室腔QED系统的各个子系统,包括真空系统、MOT系统的构造、冷原子转移方式、微尺度高精细度光学腔系统、频率链系统和数据采集系统。4.基于腔增强效应对光学偶极阱中原子在阱轴向和径向的振动频率的测量。通过常规的施加AM进行参量加热结合收集腔透射谱的方式,获得了径向和轴向的振动频率分别为2.76±0.01 k Hz和33.0±0.8 Hz。此外,通过用聚焦的共振光将原子团劈裂的方法,我们实现了对原子在轴向振动频率的直接观测,并得到了原子振动频率的二倍频,其大小为73.5±0.6 Hz。5.基于少原子与非对称腔强耦合系统,实现了几个平均光子水平的非线性ONR。得益于系统显着的非线性,在入射光功率为p W量级,相应的腔内光子数在几个光子下观察到了显着的ONR现象,并且获得了对反向传输光场大于15 d B的阻塞率。通过控制原子数来调节ONR的工作窗口,实现最大可达30 d B的阻塞率。与传统实现非线性ONR的系统相比,我们获得了工作功率最小且阻塞率最大的非线性ONR。6.在强耦合腔QED中通过制备非互易的准粒子即腔极子来实现光学非互易。通过操控原子的内态破坏系统的时间反演对称性,腔极子在无外场偏置的情况下表现出非互易光子辐射行为。实现了超过30 d B光学隔离比的无磁光隔离器和非互易的量子统计行为。
高世玲[2]（2019）在《具有PT对称量子行走的实验研究》文中研究指明量子信息科学是由众多学科交叉产生的新兴研究领域,成为现阶段人类解决信息、能源、环境等问题的强有力手段。而量子行走又是量子物理和量子信息的重要平台之一,本论文主要的工作将分为以下两个方面:第一,研究具有PT（宇称-时间）对称非幺正量子系统的模型,并计算绘制量子行走在硬币空间的相图。一般而言,我们处理的量子系统都是理想的封闭系统,其哈密顿量具有厄米性。然而在1998年,两位物理学家Bender和Boettcher指出,厄米性并非是哈密顿量的本征值为实数的必要条件,满足宇称-时间对称性的非厄米哈密顿量的本征值也为实数。自此非幺正的开放系统受到科学家的广泛关注。本文从理论上探究了具有PT对称非幺正量子系统的两种模型,gain-loss（增益-衰减）量子行走和loss-no loss（交替性衰减）量子行走,并设计具有PT对称非幺正量子行走的实验方案。同时基于loss-no loss量子行走模型,结合实验室光学元件的实际参数理论计算绘得一维非幺正量子行走在硬币空间中的相图。通过理论部分的研究,对于开放系统中PT对称以及PT对称破缺的具体相位分布情况有了清晰的认识,为接下来的实验做理论铺垫和指导。第二,实验实现。通过线性光学体系实验实现具有PT对称量子行走的非幺正系统,并深入探究添加不同微扰对于量子行走的影响。实验的实现,主要分为三个过程,初态制备、非幺正演化以及量子测量。其中非幺正演化过程分为三组,第一组实验中的非幺正演化过程不添加任何干扰;第二组实验中演化过程添加了依赖于时间的扰动;第三组实验添加了依赖于位置的扰动。此外,对应于上述的三组实验,从理论上模拟计算了量子行走行走五十步的步数-方差图。通过分析三组实验的理论数据与实验数据,总结不同扰动对于具有PT对称以及PT对称破缺的影响,深入了解具有PT对称的开放系统以及非幺正量子行走平台。
郑雅梅[3]（2016）在《偶极—偶极相互作用原子系统的量子动力学研究》文中指出本文主要研究包含原子偶极-偶极相互作用量子系统的动力学及其在量子信息处理中的应用。我们在第一章中首先对原子间的偶极-偶极相互作用机制和分类作详细介绍;然后对论文研究内容所涉及的腔量子电动力学系统（腔QED）和里德堡原子系统作简单介绍。由于量子系统与环境耦合将产生退相干过程,研究过程中需要利用量子主方程或量子跳跃方法描述系统的耗散动力学,因此该重要的理论工具也在本章中介绍。最后,我们介绍了绝热过程的基本理论,这将被用于基于里德堡原子系统的量子逻辑门构建。论文的第二章中主要利用量子跳跃方法讨论囚禁在光学腔中的两个原子之间的偶极-偶极相互作用对系统量子动力学及其光子统计的影响。在腔QED系统中,标准的Jaynes-Cummings模型（JC模型）描述的是一个两能级原子与一个单模量子化腔场的相互作用。原子-腔的强耦合相互作用将产生非简谐的本征态JC能级阶梯,引发光子阻塞,从而导致非经典透射光场的出现。这里,我们将两原子囚禁在一个高精细的光学腔,利用激光驱动该腔QED系统研究原子之间的偶极-偶极相互作用与透射光场中双光子二阶相关函数的变化关系,并考虑两个原子的集体辐射效应对腔内光场强度的影响。原子间的这种相互作用可以调控光子统计在群聚和反群聚之间转换,这在量子信息处理和量子通信中将可能有重要应用。第三章,我们提出利用绝热演化和激光相位控制来实现两个偶极相互作用原子比特的量子相位门方案。第一个相位门方案主要基于系统在绝热过程的循环演化中所获得的几何相位。但是,这个几何相位不是因为受激拉曼激光脉冲相位差的变化引起的,而是由拉比频率相位本身的演化导致。第二种方案与标准的动力学和几何相位门完全不同,比特系统由于在暗态空间中演化没有获取任何动力学相位移动,系统哈密顿的参数也不需要作循环演化来获得所需的立体角。因此,条件相位既不是源于动力学演化,也不是源于几何操纵。这个相位是由本征暗态在激光相位控制下自身的绝热演化产生的。与几何相位门相比,这种方案的参数不需要扫过必需的立体角,因此过程更简单,且可避免绝热相位控制中的误差,这为利用里德堡阻塞效应实现量子计算提供了一种有效的新方法。
刘威[4]（2014）在《面向多量子比特的表面电极离子阱芯片》文中研究说明目前,半导体晶体管特征尺寸正逐渐缩减至物理极限,量子效应不可避免,必须探索新型计算模式以满足应用对更高性能的进一步需求。量子计算是量子力学和计算机科学的新型交叉学科,在特定问题求解上具有超越经典计算机的能力,被公认为是新型高性能计算领域的颠覆性技术。国际上围绕量子计算机物理实现的研究已经取得了显着的进展,离子阱量子计算物理系统以其相干时间长、逻辑操作保真度高等优势,成为量子计算物理系统研究的热点。离子阱系统面临的难题是操控多离子量子比特。得益于成熟的半导体工艺,表面电极离子阱芯片被认为是实现多离子量子比特信息处理的有效途径。本文针对面向多量子比特的表面电极离子阱芯片,研究其设计和制备的关键技术,主要从离子阱芯片的可配置体系结构、二维阵列和一维线性结构的设计优化、以及在非谐离子阱芯片中利用高维量子比特优化Shor算法执行等方面展开工作。本文的主要内容与创新点体现在以下几个方面:1)提出一种可配置线性表面电极离子阱芯片体系结构,并设计了相应的优化仿真软件套件。实现在同一个离子阱芯片平台上支持5种目前学术界主流的离子阱操作模式,增强离子阱芯片的重用性,并能有效降低实验的启动时间开销（主要是节省超高真空抽调的时间）。软件套件可用于优化离子阱芯片电极尺寸、计算控制离子经典输运的电学参数等。根据理论分析和模拟仿真,本文提出的可配置结构可以作为一种统一的量子信息处理平台。2)提出一种灵活的表面电极离子阱芯片二维扩展优化设计方法。从有限元方法得到启发,利用网格划分策略可实现各种不同部件的射频电极优化,克服了现有方法专用性强的缺点。另外,自变量的个数也可以任意选择,然后利用蚁群算法搜索不同自变量个数的性能,进而对比得到最优个数。任意个数的自变量优化方式进一步增强了方法的灵活性。性能的表征采用本文提出的混合多目标优化函数,有效降低了各子目标函数权重因子的选择难度。目标函数的计算过程中引入“空间换时间”策略,节省优化时间。3)提出基于线性方程组的非谐表面电极离子阱芯片量化分析设计模型。非谐势阱的理论分析通常只包含低阶项,用于芯片设计时精度不够,而引入高阶项后问题的可解性受限,本文提出的量化分析模型兼顾设计精度和计算可行性。利用二次规划方法对模型快速求解,可分析体系结构参数（包括电极宽度、电极间距、实际需要的活跃电极个数以及所施加的电压等）对离子囚禁个数和囚禁间距的影响,进而给出非谐表面电极离子阱芯片体系结构的设计权衡。4)提出利用高维量子比特执行Shor算法时的量子线路优化策略,从而有效减少基本量子逻辑门的使用个数。基于提出的优化策略,实现Shor算法的三进制执行。并以分解21为例,设计了具体的算法实验演示方案,即将其量子线路编码到非谐势阱中单个离子的振动声子态上。在演示方案中利用优化控制理论来迭代计算振动声子态的操控电场,可以将整个算法一步执行完成,也可串行地执行量子逻辑门。数值模拟结果表明:将三进制Shor算法一步执行时,状态转移的平均概率可达到0.9919。5)根据本文前四个研究内容给出的芯片设计权衡,设计并制备了一款线性表面电极离子阱芯片。该原型芯片可实现离子的简谐势阱囚禁、离子一维输运以及离子的非谐势阱囚禁。表面电极离子阱芯片的制备属于厚膜工艺,与传统半导体工艺不同之处主要在于光刻,并需要电镀。本文首先对这些工艺参数进行了探索,然后对制备出的原型芯片进行了详细的物理特性测试,包含电极形貌、电极尺寸以及击穿电压等。目前,原型芯片实验平台上已观察到原子信号,正在进行离子的捕获与囚禁实验。
康广青[5]（2010）在《势阱离子+腔场系统中量子逻辑门的研究》文中进行了进一步梳理自从P. W. Shor和L. K. Grover的开拓性工作以来,量子计算已经受到了广泛的重视,量子计算机比传统计算机能更有效地处理一些问题。实现量子计算机的物理系统包括：核磁共振（NMR）系统、腔量子电动力学系统、量子点系统和离子阱系统。近些年来,由于腔量子电动力学和囚禁离子技术的发展,已经有许多工作尝试将腔量子电动力学和囚禁离子两种系统结合起来。事实上,也已经有大量的关于囚禁离子放置于腔中的实验研究,这些实验的发展意味着用囚禁离子-腔系统实现量子计算是可行的。在本文中,我们提出了不用借助辅助能级的囚禁二能级离子在单模光腔中的两种量子计算方案,我们用两种不同的方法实现了量子逻辑门,这两种方案在实验方面各有自己的优势。第一种方案是用旋转波近似的方法得出系统有效哈密顿量,这个方案的实现最主要的是激光-离子的相互作用没有受兰姆-狄克参数限制（η口1）,这样有助于降低阱的噪音和提高离子冷却速度。第二种方案是在离子-腔场的大失谐近似下得出系统有效哈密顿量,这样腔场是虚激发的,因此这个方案对腔的衰减是不敏感的,并且大大降低了对腔品质因数的要求。最后,我们提出的实现量子相位门的两种方案都只涉及两囚禁离子的内态,仅一步操作即可获得,对量子计算的物理实现而言这一点是很重要的。众所周知,由于实际中退相干的存在,门操作的步骤越多,所用的计算时间就越长,因此在量子计算中减少门操作步骤是一个很关键的问题。可见我们提出的两种方案在实验上是可行的,是简单有效的方案。
张淼[6]（2010）在《囚禁离子和液氦上电子系统的量子态操纵》文中研究指明对量子态的操纵不仅可以验证量子力学基本原理,如EPR佯谬、薛定谔猫佯谬等,而且在量子计算、量子通信以及量子密码术等的实现上也具有重要的意义。因此,量子态操纵是近年来研究的热点课题之一。目前,可以实施单量子态操纵的物理系统有囚禁离子、腔QED、超导约瑟夫森结、核磁共振、耦合量子点、纳米机械振子、液氦上电子等。本文致力于研究囚禁离子和液氦上电子系统中的量子态操纵问题。这两个系统都是基于对带电实物粒子,即离子和电子,的囚禁来实施量子信息处理的。目前,囚禁离子的量子信息处理主要是基于Lamb-Dicke （LD）近似下的量子态操纵理论,因而很难应用于强耦合的物理模型中。LD近似要求量子比特（离子内部原子的能级）和数据总线（离子的振动模）的藕合要足够弱,因而实现每一个量子逻辑门的操作所需的时间就比较长。而量子计算必须在退相干时间内完成。所以急需在理论上找到能工作于强耦合区的量子计算方案。本文直接从非LD近似出发,寻找在强耦合情况下也能成立的量子动力学问题的描述方法,进而应用于系统量子态的操纵并实现基本的量子逻辑门。另一方面,与单个囚禁离子相似,单个液氦上囚禁电子有两个自由度,一是垂直于液氦表面的类氢原子能级,二是平行于液氦表面的谐振子能级。因此,电子垂直于液氦表面的能级可用以编码成量子比特,进而实施量子计算。在先前的研究中,都是考虑对这种囚禁电子量子比特的操纵。本论文首次提出利用激光辅助耦合的办法来实现上述两个方向上的量子态的耦合,进而获得着名的Jaynes-Cummings （JC）模型。本文首次提出把液氦上电子囚禁在高品质腔中,来获得电子与腔场强耦合的JC模型以及驱动的JC模型,进而制备腔场的平移Fock态、相干态以及薛定谔猫态等。第一章简要介绍了囚禁离子和液氦上电子系统的背景知识,工作原理及其研究进展。第二章给出了LD近似和非LD近似下的激光驱动单个囚禁离子的动力学演化规律,并把这些规律归纳成统一的形式。通过比较发现,LD近似和非LD近似下动力学演化的区别在于有效拉比频率。通过数值计算发现,LD参数越小LD近似所描述的动力学演化越真实,反之不真实第三章提出了在非LD近似下制备囚禁离子典型量子态的方案。包括制备相干态、压缩量子态（压缩相干态、压缩奇偶相干态、压缩真空态）、薛定谔猫态等。基于非LD近似下激光-离子相互作用动力学规律,讨论了如何利用一系列的激光脉冲来驱动囚禁冷离子,从而从运动的基态出发获得一系列振动数态的叠加态。结果表明,合适地调节各个所用激光脉冲的频率、长度、相位以及强度等,所产生的叠加态能很好地逼近所需的量子态。研究表明,量子计算机可由一系列的单比特操作和两比特可控非门（CNOT门）组成。实现未来量子计算机的前期工作之一就是有效的实现这两种基本的量子逻辑操作。然而,这两种量子逻辑操作通常是在LD近似下实现的,即要求LD参数足够小。本文在第四章给出了几种非LD近似下制备CNOT门的方案来避免上述困难。首先给出一种三步激光脉冲的方案来制备单个囚禁离子内外态耦合的CNOT门。通过适当的调节每步激光脉冲的长度,可以使CNOT门操作在任意LD参数下实现。因而避免了通常的LD近似局限。然后,给出了一种简化的方法,即只需两步激光脉冲实现非LD近似的CNOT门。最后,给出了一种最为有价值的方案：对任意Lamb-Dicke参数,使用一步激光脉冲制备CNOT门。这些方法的一个核心思路是：根据非LD下激光-离子的相互作用规律建立制备CNOT门的数学模型,再通过数值的方法寻找实验参数,如激光频率、激光相位、激光强度和脉冲长度等。第五章提出给囚禁在液氦表面上的电子施加一经典激光场,这样电子垂直于液氦表面的能级（相当于二能级原子）与其平行于液氦表面的谐振子能级可以被有效的耦合起来,这与囚禁离子系统中的激光辅助耦合方法类似。当选用不同频率的激光驱动时,如第一红边带激发和第一蓝边带激发,着名的JC模型或反JC模型将被实现。计算结果表明,使用典型的实验参数,上述JC模型能被很好实现。第六章提出利用微电极把液氦上电子囚禁在高品质腔中并实现电子与腔的强耦合。与第五章不同,这里研究的是电子垂直于液氦表面的能级与腔场的耦合。结果表明,在共振激发下,电子与腔耦合的JC模型以及驱动的JC模型将被实现。而这些模型可用以制备腔场的平移Fock态、相干态以及薛定谔猫态等。数值计算表明,液氦上电子可以工作在太赫兹腔中,并有较强的电子-腔耦合。通常的腔量子态操纵是基于飞行原子与腔的相互作用,而该相互作用的时间是非常短的,因为飞行原子会很快（微秒量级）地穿过腔而逃逸。原则上,液氦上电子可一直被微电极囚禁在腔中。
张英俏[7]（2010）在《利用离子阱和腔量子电动力学系统制备量子相位门》文中进行了进一步梳理量子计算机是遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子逻辑门是量子计算机的基本操作单元，量子计算机就是通过量子逻辑门来控制和操作量子态的演化和传递，进行量子信息处理的。在量子逻辑门的物理实现方面，已经进行了大量的研究工作，并有相当多的实验结果，但这些实验都是在小规模范围进行的，离大规模的有效量子计算（量子逻辑网络）需求还有一段距离。因此，寻找合适的物理系统进行有效的量子逻辑操作是实现量子计算机的关键。本论文主要从理论上研究了实现量子计算机的物理系统。在离子阱系统，腔量子电动力学（QED）系统和离子阱-光学腔系统中分别提出了制备一种重要的量子逻辑门-量子相位门的理论方案，并从保真度、成功几率和制备时间等角度论证了各方案的可行性。在离子阱系统中，提出了两个制备非常规几何相位门的方案。第一个方案利用了势阱离子与两束不同频率的激光相互作用，制备时间t= 2π/δ仅取决于参数δ，可通过选取参数使δ>> 2π来获得较短的制备时间。第二个方案利用了势阱离子与一束驻波激光的共振相互作用，制备时间t= 2π/v仅与振动模频率v有关。在其它参数相同的条件下，该方案所需的制备时间比基于离子与驻波的非共振相互作用的方案[Phys. Rev. A, 2006, 74（3）: 032322]所需的时间更短。由于振动模频率可达到109数量级，第二个方案的制备时间远小于腔QED系统中利用原子与经典场共振耦合制备相位门所需的时间[Phys. Rev. A, 2006, 73（3）: 032344]。该方案具有制备时间短，效率高、消相干影响小等特点。在腔QED系统中利用三能级原子与腔的非全同耦合提出一个实现近似多比特量子相位门的方案。研究表明：相位门的制备时间并不随着量子比特数目的增加而增长。通过选择适当的参数可以使相位门的制备时间远小于原子辐射寿命和光子寿命。方案中采用了原子与腔的大失谐相互作用，原子和腔场之间并不进行量子信息的转移，腔的衰减的影响可以忽略。在先前基于原子-腔共振相互作用的方案[Phys. Rev. A, 2007, 75（3）: 034307]中，只有当耦合常数满足g1<<g时，才能得到满意的保真度和成功几率。在我们的方案中只要l=g2/g12（与原子-腔的耦合常数有关）为一个较小的奇数，相位门的制备能够在较短的时间内以较高的保真度和成功几率完成。我们的方案放宽了对原子-腔耦合常数的要求。该方案的一个突出特点是给出了保真度和成功几率的通用表达式,利用此表达式我们研究了影响相位门的保真度和成功几率的因素,结果显示当量子比特数目确定时,不同的原子-腔耦合强度直接影响制备时间、保真度和成功几率。因此可以通过控制不同的原子-腔耦合强度值来构建门时间短、保真度和成功几率高的多比特量子相位门。我们还研究了量子比特数目对保真度和成功几率的影响,当量子比特数目N超过某些较小值时,保真度和成功几率随着量子比特数目??的增加而缓慢增大,当N→∞时,保真度和成功几率无限接近于1,但不会超过1。这表明当前方案适用于制备较多比特量子相位门。直接制备多比特量子逻辑门对于构建门时间短、操作复杂度低的量子计算网络尤为重要。尤其是当量子比特数目很大时,通过执行多个基本量子门来获得一个多比特量子门的程序极其复杂,所需的门时间更长。在离子阱-光学腔中利用势阱离子与外加激光及量子化腔场的相互作用提出一个制备非常规几何相位门的方案。相位门的制备时间t可以表示为t= 2π/Δ= 2π/（ω0-ωc-v）。通过适当调节离子跃迁频率ω0,腔模频率ωc和振动模频率v不仅可以保证约束条件v,ω>>Δ,Ω,和g得以满足而且可以保证Δ足够大以使得相位门制备时间远小于量子比特的相干时间和光学腔的衰减时间,从而可以忽略离子消相干和光学腔的衰减的影响。该方案的一个创新点是利用离子的振动模和腔模的产生算符、消灭算符来构建双模压缩算符,并利用该双模压缩算符来推广非常规几何相移。由于压缩参数相空间中的一个正交分量的量子涨落可以压缩到真空水平以下,利用压缩算符的相位门方案与通常的位移算符方案相比,在降低量子系统的量子噪声方面具有一定的优势。该方案对于探索消相干影响小物理系统具有重要意义。
宋杰[8]（2010）在《纠缠态制备及量子计算的理论研究》文中研究表明量子信息学引起了科学家们的广泛关注.作为一门交叉学科,其诞生和发展能够丰富量子力学的内容,有力的推动量子理论的发展,并且量子信息能够为我们未来的信息处理带来革命性的变革.量子纠缠态的制备和量子计算是量子信息中的两个重要课题.研究量子纠缠及其应用,不仅对于深刻理解量子力学的某些特性有积极的意义,而且对于开发新的量子信息处理方法也有重要的实用价值.尽管目前量子计算还处于研究的初期,实验上对于多比特执行量子计算仍然存在困难,但是有许多国家和军事基金支持以民用或国家安全为目标的量子计算的研究.并得到了一些有意义的结果.因此,本文主要在理论上研究了利用腔QED系统制备纠缠态及量子计算（主要包括多比特GHZ的制备、在噪音通道中进行W态制备、制备多比特团簇态、实现空间分离的原子间的两比特相位门以及利用输入输出关系实现交换门等量子门）.全文共分为七章,其中第三章到第七章是本人的工作,整篇论文内容的具体安排如下：第一章简要介绍本文的研究背景,研究的重要性,简单的阐述了量子纠缠的研究现状.最后我们给出了本博士论文的主要研究内容和章节安排.第二章介绍量子信息的基本概念和理论.首先介绍量子比特、纯态和混态、保真度、量子纠缠、量子纠缠的度量方法等概念.然后,对于量子门操作、量子计算、量子主方程、腔QED系统以及线性光学器件做了简单的介绍.第三章讨论如何在远程腔中利用绝热演化执行量子相位门和制备原子纠缠态.利用量子跳跃的方法讨论了各种退相干过程对我们方案的保真度和成功几率的影响.此外,这种方法能够用来制备多原子纠缠态.一个显着的优点是不用严格的控制作用时间,因此,我们希望利用当今的科学技术能够实现我们的方案.第四章研究如何在远程腔中利用两个和多个六能级的原子制备最大四维纠缠态.通过适当的选择经典场的强度和失谐量,原子的自发辐射和腔场的衰减能够被有效的抑制.因此当考虑到色散的影响时我们仍然能够产生一个高保真度的高维纠缠.通过对这种方法的延伸,我们发现能成功的制备多原子四维纠缠态.此外,我们还研究了囚禁在远程腔场中的两个多能级原子组成的系统.通过选择系统的参数值,在两原子之间实现了长距离的偶极-偶极相互作用.通过这个模型,能够确定性的产生任意维的两原子纠缠态.应用主方程的方法,我们讨论了光子泄露和原子激发态自发辐射的影响.第五章研究如何在一个量子网络中通过绝热过程进行Grover搜索算法.在这个方案中,任何带有不同标记的目标原子,能够按照搜索条件,通过绝热调节经典场找到它.此外,这个方案能够用来在三个或三个以上腔组成的网络中进行搜索过程.我们也说明整个过程能够满足绝热条件,并且在量子网络中能够近似的实现Grover加速过程.第六章研究在一个两模腔中实现三原子GHZ态和团簇态,这个方案能够抑制原子激发态和腔中的光子引起的退相干效应.同时,利用多个腔这个方案能够用来产生多原子纠缠态.我们也研究了在耦合腔阵中实现一步产生N比特团簇态,尤其是执行多比特团簇态的制备,要求的作用时间不会随着原子比特数的增加而增加.更重要的特点是一些实验参数的波动不会影响产生团簇态的保真度.第七章首先研究在极化噪音通道中利用单光子干涉和时间加密的方法实现W态的制备.说明了极化噪音不会影响产生纠缠态的保真度,并且成功几率不会随着原子数目的增加而减小.此外也研究通过腔的输入输出过程实现量子交换门和Fredkin门.这两个方案能够被推广用来执行多比特门操作.利用数值计算讨论了保真度和光子丢失几率的变化.最后给出了全文的总结和展望.
李刚[9]（2007）在《高精细度微光学腔及单原子的控制与测量》文中研究指明腔量子电动力学（Cavity QED）主要研究受限系统中量子化电磁场和原子之间的相互作用。该系统不但可以检验量子物理的基本理论，有助于人们从根本上认识光与原子相互作用的过程，而且近年来作为量子信息的一种方案引起了人们的高度关注。在强耦合腔量子电动力学过程中，单个原子与单个光子相互作用的拉比（Rabi）频率远大于腔场的衰减率和原子的自发辐射率，即腔内光与原子的相干相互作用强于整个系统的消相干过程，原子和腔场之间的演化在一定范围内可以看成相干演化过程，腔QED系统也因此成为研究光场与原子纠缠和消相干过程的重要手段。对腔QED过程的研究极大地促进了原子操控、单粒子测量等多方面的发展。一方面，随着激光冷却和俘获中性原子技术的发展成熟，人们可以将一团原子甚至于单个原子俘获在空间中特定的范围，并冷却到接近绝对零度。但是如何在微腔中确定性地控制单个原子并对其进行测量是光频区腔QED实验面临的一个主要问题。本文系统回顾了腔QED实验中内腔单原子的制备方案，并提出利用微光学偶极阱的单原子隔离效应实现微腔内确定性单原子的俘获方案。在实验上我们采用双级磁光阱，利用原子自由下落的实验方案建立了自己的实验系统，在一定程度上获得了原子的控制。另一方面，光频区腔QED实验应用腔长极短（几十到几百微米）的超高精细度（几十万到一百万）的光学F-P腔作为光子和原子相互作用的环境。由于光学F-P腔极高的精细度，内腔光场的的衰减率非常小；同时极短的腔长可以增强单个原子的电场强度，增大光子与原子之间的相互作用（即拉比频率），从而使整个系统达到强耦合。光学微腔的建立、测量和控制是整个实验过程中的另一个重要环节。本文详细介绍了光学微腔的搭建和参数的测量过程，并对微腔锁定和操控系统的实现做了具体的分析，最终实现了微腔的锁定并在实验上观察到原子自由下落穿过微腔的信号。同时，对于腔QED实验系统这样一个开放系统，只能通过微腔腔镜的透射信号获得腔内的光场与原子相互作用的信息，并通过透射光场获得原子的控制等。对于强耦合的腔QED系统，平均内腔光子数非常小，微腔出射光一般在pW量级。因此建立单粒子（单原子、单光子）水平上的测量系统是实验的另一个重要方面。本文从平衡差拍探测和单光子计数两方面分析了基于腔QED中的测量问题，建立了灵敏的测量系统。综合上面的几个方面，围绕腔QED系统中的若干问题，本文完成了以下的具体工作：1．用曲率半径为10 mm的一对腔镜搭建了用于腔QED实验的光学微腔，并严格测量了其有效腔长和几何腔长分别为Leff＝44.627±0.004μm和L＝43.900±0.005μm，线宽为△v＝47.8±1.5MHz，对应的光和原子的最大耦合系数和腔场衰减率分别为2π×39.2MHz和2π×23.9MHz。对比铯原子D2线的能级衰减率2π×2.61MHz，相应的临界光子数和临界原子数分别为mo＝0.0022和No=0.081。该光学微腔满足光场与原子之间强耦合的要求。2．系统分析了高精细度光学F-P腔的透射和反射，并在实验上通过对微腔两端入射光场的功率透射率和反射率以及相应的模式匹配效率的精确测量，在较高的精度上确定了任意非对称高精细度光学腔的有用和无用损耗，确定了实验所用微光学腔的透射和其他损耗分别为：T1=5.0（9）ppm，T2=4.5（8）ppm,l1=33.2（7）ppm，l2=45.4（6）ppm。3．自制了探测带宽为100MHz的射频探测器，并用其搭建了一套测量灵敏度可达3.6fW的差拍探测系统。对于我们建立起来的光学微腔，用其可以探测到的最小内腔平均光子数为0.001。4．建立了一个基于实际系统的模型，从理论上分析了由两个单光子探测模块（SPCM）组成的HB7探测系统对各种光场二阶相干度和Mandel因子测量时，由于多种因素，包括SPCM不能同时相应多个光子的特性、背景光场和有限的探测效率等，对实际结果的影响，并从实验上通过对相干光和热光场二阶相干度的测量证实了理论分析。5．系统分析了腔QED系统中微腔腔长的稳定性要求和其锁定环路中的噪声要求，并采用射频边带锁频技术，利用微腔透射光场将微腔锁定到透射峰的0.1，对应的微腔长度起伏小于2pm。6．在实验上用斩波法实现对微腔的控制，并利用用差拍探测系统观察到铯原子自由下落时在微腔腔模中的渡越信号。
郑小娟[10]（2007）在《囚禁离子系统的量子纠缠及其在量子信息中的应用》文中进行了进一步梳理离子阱已被广泛应用于科学技术研究的各个领域。尤其离子阱技术为量子计算和量子通信等一些具有诱人应用前景的理论研究提供了实验支持。自1995年Cirac和Zoller提出了囚禁离子量子计算方案以来，基于囚禁离子的量子信息处理的理论研究和实验探索取得了惊人的成就。利用囚禁离子与光场的相互作用，实验物理学家可以精确地操控囚禁离子的内部电子态和振动量子态，为可控条件下进行量子计算、量子通信等方面的研究提供了可靠的理论和实验基础。本文主要研究了多个囚禁离子量子纠缠态的制备、未知量子态的量子隐形传送、囚禁离子系统的量子计算和囚禁离子系统非经典态的制备等。本文的主要创新成果如下：提出了一个简单制备三个热囚禁离子GHZ态的方案，并用这个GHZ态检验量子非定域性。再把此方案推广到N个热囚禁离子GHZ态的制备。本方案的显着特点是：对囚禁离子振动模的加热不敏感；不需要对单个离子进行激光操控，这一点对目前的量子信息实验实现是非常重要的；另外，本方案操作简单，在GHZ态的制备过程中只需一步就可完成。提出了在离子阱系统中进行未知单离子内态和未知两离子内纠缠态的量子隐形传送的有效方案，并把本方案推广到隐形传送N个离子的类电子纠缠GHZ态。本方案的显着特点是：对振动模的加热不敏感；通过对离子内态的测量可以精确区分四个Bell态以及其它的纠缠态；量子隐形传送的成功几率达到1。提出了在高Q腔中实现单个囚禁离子系统的基本两量子逻辑门方案。本方案可以实现不受兰姆-狄克参数限制的量子相位门、交换门和控制非门操作，其中量子相位门操作包括涉及腔模和囚禁离子振动模的两比特量子逻辑门操作、涉及腔模和囚禁离子内态的两比特量子逻辑门操作以及涉及囚禁离子内态和外态的两比特量子逻辑门操作。本方案既不受兰姆-狄克参数限制，也不需要辅助能级；腔模和囚禁离子振动模的两量子逻辑门操作对离子内态的自发辐射不敏感，囚禁离子内态和外态的两量子逻辑门操作对腔的衰减不敏感，这一特点对实现量子计算有非常重要的意义。另外详细分析了这些逻辑门操作在实验上的可行性。提出了在光学腔中制备单个囚禁离子振动模与腔场模的双模非经典态的有效方案，该方案可以制备SU（2）薛定谔猫态、纠缠相干态、和双模压缩真空态。该方案在强激发区域操作，因而操作速度大大提高。提出了一个快速制备N个囚禁离子集体运动的量子相干叠加态方案。方案中使用了单个驻波激光场与离子的载波共振。本方案的显着特点是：囚禁离子的数目原则上可以是任意整数，所需时间由激光强度决定。另外，只要照射到离子上的场是空间均匀的，本方案唯一依赖于离子数目N的参数是运用激光脉冲的时间。因此本方案适合于制备较大的囚禁离子介观量子叠加态，有助于在实验上研究退相干过程。
二、势阱离子+腔场系统中量子逻辑门的实现（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、势阱离子+腔场系统中量子逻辑门的实现（论文提纲范文）
（1）强耦合腔QED系统中光学非互易现象的研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 腔量子电动力学的研究动机 |
| 1.2 腔量子电动力学的研究进展 |
| 1.3 本文的研究动机和论文结构安排 |
| 第二章 少数原子与腔的强耦合 |
| 2.1 单原子-腔系统 |
| 2.1.1 无耗散原子和腔耦合系统 |
| 2.1.2 耗散情况下的原子-腔耦合系统 |
| 2.2 强耦合腔QED |
| 2.3 多原子-腔耦合系统 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 多原子腔QED实验系统 |
| 3.1 真空系统 |
| 3.2 磁光阱系统 |
| 3.3 光学偶极阱及冷原子传输 |
| 3.3.1 移动远失谐光学偶极阱(FORT)模式 |
| 3.3.2 固定FORT冷原子“荡秋千”模式 |
| 3.4 高精细度微尺度光学腔 |
| 3.4.1 竖直放置的752μm腔 |
| 3.4.2 水平放置的335μm腔 |
| 3.5 腔锁定和探测 |
| 3.5.1 频率链系统 |
| 3.5.2 微腔透射探测 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于腔增强测量偶极阱中原子振动频率 |
| 4.1 偶极阱中原子振动频率测量的动机 |
| 4.2 实验装置 |
| 4.2.1 冷原子传输 |
| 4.2.2 实验用腔QED参数 |
| 4.3 原子振动频率的测量 |
| 4.4 轴向原子振动频率的直接观测 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 腔QED系统中光学非线性非互易传输 |
| 5.1 光学非线性非互易(ONR)研究动机 |
| 5.2 少光子非线性ONR的实现 |
| 5.2.1 少光子非线性ONR的原理 |
| 5.2.2 实验装置 |
| 5.2.3 实验测量ONR |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 非互易腔极子(Cavity Polariton) |
| 6.1 非互易腔极子研究动机 |
| 6.2 实验装置 |
| 6.3 T对称性破坏的机制 |
| 6.4 T对称性破坏的测量 |
| 6.4.1 非互易透射测量 |
| 6.4.2 非互易量子统计测量 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 个人简况及联系方式 |
（2）具有PT对称量子行走的实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 量子通信 |
| 1.2.1 量子纠缠 |
| 1.2.2 量子超密编码 |
| 1.2.3 量子隐形传态 |
| 1.3 经典行走和量子行走 |
| 1.3.1 经典随机行走 |
| 1.3.2 量子随机行走 |
| 1.4 文章写作结构介绍 |
| 参考文献 |
| 第二章 量子信息的基础知识 |
| 2.1 量子态与密度矩阵 |
| 2.1.1 波函数 |
| 2.1.2 密度矩阵 |
| 2.2 量子运算 |
| 2.2.1 量子比特 |
| 2.2.2 量子逻辑门 |
| 2.3 量子测量 |
| 2.3.1 测量原理 |
| 2.3.2 投影测量 |
| 2.3.3 POVM测量 |
| 参考文献 |
| 第三章 非幺正开放系统的量子行走 |
| 3.1 非厄米的开放系统 |
| 3.2 离散时间的量子行走 |
| 3.2.1 gain-loss量子行走模型 |
| 3.2.2 loss-no loss量子行走模型 |
| 3.3 PT对称相图的理论计算与分析 |
| 参考文献 |
| 第四章 微扰对于非幺正量子行走的影响 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 线性光学体系 |
| 4.2.1 单光子源的制备 |
| 4.2.2 线性光学元件的作用 |
| 4.3 具有PT对称的量子行走 |
| 4.3.1 两种扰动的介绍 |
| 4.3.2 具有PT对称量子行走的实验实现 |
| 4.4 结果分析与讨论 |
| 4.5 小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 总结与展望 |
| 硕士期间发表论文和参加的学术活动 |
| 致谢 |
（3）偶极—偶极相互作用原子系统的量子动力学研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 原子间的偶极-偶极相互作用 |
| 1.2 腔量子电动力学 |
| 1.2.1 腔QED的基本概念 |
| 1.2.2 Jaynes-Cummings模型(JC模型) |
| 1.2.3 二阶关联函数 |
| 1.3 里德堡原子 |
| 1.3.1 里德堡原子的性质 |
| 1.3.2 基于里德堡原子产生偶极-偶极相互作用 |
| 1.4 量子系统的非相干过程 |
| 1.4.1 量子主方程 |
| 1.4.2 量子跳跃 |
| 1.5 绝热过程 |
| 1.5.1 含时哈密顿的绝热理论 |
| 1.5.2 绝热条件 |
| 1.5.3 两能级系统的绝热 |
| 1.5.4 受激拉曼绝热过程(STIRAP) |
| 1.6 本章小结 |
| 第二章 光腔中两偶极相互作用原子诱导光子群聚与反群聚 |
| 2.1 研究背景 |
| 2.2 理论模型 |
| 2.3 数值方法-量子跳跃 |
| 2.4 偶极-偶极相互作用下光子统计特性 |
| 2.4.1 原子-腔共振相互作用情况分析 |
| 2.4.2 原子-腔非共振相互作用情况分析 |
| 2.5 集体原子跳跃对腔强度的影响 |
| 2.6 小结 |
| 第三章 利用里德堡阻塞效应实现两比特相位门 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 理论模型 |
| 3.3 非几何条件相位移动的两比特量子相位门 |
| 3.4 几何操纵实现两比特量子相位门 |
| 3.5 自发辐射对保真度的影响 |
| 3.6 小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在校期间的研究成果及发表的学术论文 |
（4）面向多量子比特的表面电极离子阱芯片（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 量子计算的产生和发展 |
| 1.1.2 离子阱量子计算的可行性 |
| 1.1.3 表面电极离子阱芯片是实现多量子比特的必由之路 |
| 1.2 表面电极离子阱芯片研究面临的问题和思考 |
| 1.2.1 离子阱芯片操作模式单一 |
| 1.2.2 二维扩展的设计指导原则缺乏 |
| 1.2.3 理论分析与设计精度需求的鸿沟 |
| 1.2.4 逻辑习惯对物理实质的约束 |
| 1.3 研究现状 |
| 1.3.1 离子阱芯片设计方法 |
| 1.3.2 芯片体系结构扩展方式 |
| 1.3.3 多进制量子计算 |
| 1.3.4 芯片制备材料研究 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 1.5 论文结构 |
| 第二章 可配置线性表面电极离子阱芯片体系结构 |
| 2.1 背景与动机 |
| 2.2 可配置离子阱芯片体系结构 |
| 2.3 硬件：离子阱芯片结构设计优化 |
| 2.3.1 射频电极设计 |
| 2.3.2 直流控制电极设计 |
| 2.3.3 可配置模式 |
| 2.4 软件：生成可配置离子阱操作序列 |
| 2.4.1 离子主轴偏转控制生成 |
| 2.4.2 离子输运控制生成 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 二维扩展：灵活的优化设计方法 |
| 3.1 背景与动机 |
| 3.2 相关研究工作 |
| 3.3 灵活的优化设计方法 |
| 3.3.1 解空间及自变量定义域 |
| 3.3.2 混合多目标函数 |
| 3.3.3 赝势求解器 |
| 3.3.4 方法灵活性延伸 |
| 3.4 方法具体实现 |
| 3.5 结果与讨论 |
| 3.5.1 X型结优化 |
| 3.5.2 Y型结优化 |
| 3.5.3 离子载入口优化 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 一维扩展：非谐势离子阱芯片量化分析模型 |
| 4.1 背景与动机 |
| 4.2 非谐势阱线性方程组模型 |
| 4.3 模型求解 |
| 4.3.1 求解方法 |
| 4.3.2 非谐阱芯片设计指导 |
| 4.4 模型评估与讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 零维扩展：基于非谐势阱中单个离子振动态的三进制Shor算法执行 |
| 5.1 背景与动机 |
| 5.2 三进制Shor算法 |
| 5.3 非谐势阱中单个离子的系统模型 |
| 5.3.1 Schr?dinger方程 |
| 5.3.2 离子振动态操控 |
| 5.4 优化控制理论 |
| 5.5 算法执行与结果讨论 |
| 5.5.1 三进制Hadamard逻辑门 |
| 5.5.2 三进制CNOT逻辑门 |
| 5.5.3 量子求阶算法执行 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 表面电极离子阱原型芯片制备与测试 |
| 6.1 线性表面电极离子阱芯片结构 |
| 6.2 离子阱芯片制备工艺 |
| 6.2.1 工艺流程设计及制备 |
| 6.2.2 芯片封装 |
| 6.2.3 芯片物理特性测试 |
| 6.3 离子阱芯片测试设备 |
| 6.3.1 真空系统 |
| 6.3.2 激光系统 |
| 6.3.3 成像系统 |
| 6.4 离子阱芯片离子囚禁实验 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结束语 |
| 7.1 论文工作总结 |
| 7.2 课题研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（5）势阱离子+腔场系统中量子逻辑门的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 1.1 量子计算机的兴起 |
| 1.2 量子计算机的基本概念 |
| 1.3 量子比特 |
| 1.4 量子逻辑门 |
| 第二章 囚禁离子物理系统 |
| 2.1 量子计算机的基础实验研究 |
| 2.2 离子阱系统-线性Paul阱 |
| 2.3 离子与激光之间的相互作用 |
| 2.3.1 行波激光场结构 |
| 2.3.2 驻波激光场结构 |
| 2.4 囚禁离子+腔场系统 |
| 第三章 势阱离子+腔场系统的量子逻辑门的实现 |
| 3.1 不受兰姆-狄克限制下的量子逻辑门的实现 |
| 3.1.1 理论模型与方法 |
| 3.1.2 量子相位门的实现 |
| 3.1.3 两比特量子受控非门的实现 |
| 3.2 在大失偕机制下的一步操作实现量子逻辑门 |
| 3.2.1 理论模型与方法 |
| 3.2.2 量子逻辑门的实现 |
| 本文总结 |
| 参考文献 |
| 在校期间发表的论文 |
| 致谢 |
| 个人简介 |
（6）囚禁离子和液氦上电子系统的量子态操纵（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 离子阱 |
| 1.1.1 Paul阱中单离子的经典描述 |
| 1.1.2 囚禁离子的激光冷却 |
| 1.1.3 囚禁离子的量子计算 |
| 1.2 液氦上电子系统 |
| 1.2.1 液氦上电子的囚禁 |
| 1.2.2 液氦上电子的量子计算 |
| 1.3 论文的主要工作 |
| 第2章 激光驱动囚禁离子的动力学规律 |
| 2.1 LAMB-DICKE近似下的动力学规律 |
| 2.1.1 单个囚禁二能级离子 |
| 2.1.2 经典激光场对囚禁离子的驱动 |
| 2.1.3 旋转波近似 |
| 2.1.4 量子态的演化 |
| 2.2 非LAMB-DICKE近似下的动力学规律 |
| 2.2.1 激光驱动囚禁离子的哈密顿量 |
| 2.2.2 量子态的演化 |
| 第3章 非LAMD-DICKE近似下制备囚禁离子的典型量子态 |
| 3.1 制备囚禁离子的振动量子态 |
| 3.1.1 相干态、压缩相干态、压缩奇偶相干态、压缩真空态的定义 |
| 3.1.2 非Lamb-Dicke近似下制备囚禁冷离子的压缩量子态 |
| 3.1.3 制备压缩量子态的保真度 |
| 3.1.4 实验的可行性及结论 |
| 3.1.5 非经典性质 |
| 3.2 制备囚禁离子的薛定谔猫态 |
| 3.2.1 薛定谔猫态 |
| 3.2.2 非Lamb-Dicke近似下制备囚禁离子的薛定谔猫态 |
| 3.2.3 薜定谔猫态的保真度 |
| 3.2.4 实验的可行性及结论 |
| 第4章 制备囚禁离子的量子逻辑门 |
| 4.1 LAMB-DICKE近似下制备两比特CNOT门 |
| 4.1.1 基本的量子逻辑门 |
| 4.1.2 Lamb-Dicke近似下两比特CNOT门的制备 |
| 4.2 非LAMB-DICKE近似下制备两比特CNOT门 |
| 4.2.1 制备方法 |
| 4.2.2 保真度及实验的可行性 |
| 4.3 制备两比特CNOT门的简化方案 |
| 4.3.1 简化方法一 |
| 4.3.2 简化方法二 |
| 第5章 液氦上电子系统的JAYNES-CUMMINGS模型 |
| 5.1 激光驱动液氦上电子 |
| 5.2 LAMB-DICKE近似下的动力学规律 |
| 5.3 实验的可行性及结论 |
| 第6章 液氦上电子的腔量子电动力学 |
| 6.1 腔量子电动力学 |
| 6.2 液氦上电子与腔耦合的JAYNES-CUMMINGS模型 |
| 6.3 液氦上电子驱动的JAYNES-CUMMINGS模型 |
| 6.4 强驱动下制备腔场的相干态和薛定谔猫态 |
| 6.5 实验的可行性及结论 |
| 第7章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间发表的论文 |
（7）利用离子阱和腔量子电动力学系统制备量子相位门（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的历史背景 |
| 1.2 课题来源 |
| 1.3 研究意义 |
| 1.4 国内外研究现状及分析 |
| 1.5 存在问题和研究重点 |
| 1.5.1 存在问题 |
| 1.5.2 研究重点 |
| 1.6 研究目的和主要研究内容 |
| 1.6.1 研究目的 |
| 1.6.2 主要研究内容 |
| 第2章 量子逻辑门及其物理实现 |
| 2.1 量子逻辑门 |
| 2.1.1 量子逻辑门的可逆性 |
| 2.1.2 基本量子逻辑门 |
| 2.1.3 量子线路 |
| 2.2 研究方法 |
| 2.2.1 非常规几何相移 |
| 2.2.2 利用压缩算符推广非常规几何相移 |
| 2.3 物理系统 |
| 2.3.1 离子阱系统 |
| 2.3.2 腔量子电动力学系统 |
| 2.3.3 固态量子体系 |
| 2.3.4 核磁共振系统 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 量子相位门的离子阱方案 |
| 3.1 离子阱模型 |
| 3.2 势阱离子与两束不同频率激光的相互作用 |
| 3.3 势阱离子与一束驻波激光非共振相互作用 |
| 3.4 势阱离子与一束驻波激光共振相互作用 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 量子相位门的腔量子电动力学方案 |
| 4.1 腔量子电动力学模型 |
| 4.2 方案的确立依据 |
| 4.3 非全同耦合情况下原子与腔的大失谐相互作用 |
| 4.3.1 制备三比特量子相位门 |
| 4.3.2 制备N比特量子相位门 |
| 4.3.3 讨论和结论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 量子相位门的离子阱-光学腔方案 |
| 5.1 基本思想 |
| 5.2 势阱离子与激光和量子化腔场的相互作用 |
| 5.2.1 制备理想条件下的非常规几何相位门 |
| 5.2.2 制备腔衰减条件下的非常规几何相位门 |
| 5.2.3 讨论和结论 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（8）纠缠态制备及量子计算的理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 量子信息理论的诞生 |
| 1.2 量子信息学的研究概况 |
| 1.2.1 量子隐形传态 |
| 1.2.2 量子稠密编码 |
| 1.2.3 量子密钥分发 |
| 1.2.4 量子计算的设计 |
| 1.3 量子信息学的发展现状 |
| 1.4 本文主要研究的内容 |
| 2 量子信息学的基础知识 |
| 2.1 量子比特 |
| 2.2 纯态和混态 |
| 2.3 保真度 |
| 2.4 量子纠缠的定义与度量 |
| 2.4.1 纯态纠缠 |
| 2.4.2 混态纠缠 |
| 2.4.3 部分熵纠缠度 |
| 2.4.4 Negativity |
| 2.4.5 Wootters' Concurrence度量 |
| 2.5 量子门 |
| 2.5.1 单比特量子门 |
| 2.5.2 多比特量子门 |
| 2.6 量子算法和量子计算 |
| 2.6.1 Deutsch-Jozsa算法 |
| 2.6.2 Grover算法 |
| 2.7 量子主方程简介 |
| 2.8 腔QED简介 |
| 2.9 线性光学器件简介 |
| 2.9.1 斜置半波片 |
| 2.9.2 分束器(Beam Splitter) |
| 2.9.3 极化分束器(Polarization Beam Splitter) |
| 2.9.4 BBO晶体与参量下转换—极化光子纠缠对的产生 |
| 3 通过绝热演化进行量子计算和制备纠缠态 |
| 3.1 绝热执行量子计算和制备纠缠的研究背景 |
| 3.2 A型原子和腔组成的系统 |
| 3.3 绝热的暗态空间 |
| 3.4 利用绝热的方法实现非几何量子相位门操作 |
| 3.5 利用绝热的方法制备多比特GHZ态 |
| 3.6 利用绝热的方法制备多比特W态 |
| 3.7 系统绝热过程的数值模拟和结论 |
| 4 制备高维纠缠态 |
| 4.1 制备高维纠缠态的研究背景 |
| 4.2 制备四维纠缠态的理论模型 |
| 4.3 制备两原子四维纠缠态 |
| 4.4 制备多原子四维纠缠态 |
| 4.5 方案可行性和有效性的讨论 |
| 4.6 制备两原子多维纠缠态 |
| 4.7 三能级原子和单模腔构成的系统 |
| 4.8 多能级原子和多模腔构成的系统 |
| 4.9 制备两原子多维纠缠态 |
| 4.10 产生高维纠缠态的可行性讨论和结论 |
| 5 在量子网络中通过绝热近似执行类Grover算法 |
| 5.1 量子算法的研究背景 |
| 5.2 执行类Grover算法的理论模型 |
| 5.3 执行类Grover搜索算法的例子 |
| 5.4 数值模拟类Grover搜索算法 |
| 5.5 执行类Grover搜索算法的可行性和结论 |
| 6 在局域腔和耦合腔中制备纠缠态 |
| 6.1 在局域腔中制备纠缠的研究背景介绍 |
| 6.2 局域腔模型的介绍 |
| 6.3 局域腔中产生纠缠的特点和结论 |
| 6.4 在耦合腔中一步产生团簇态研究背景 |
| 6.5 耦合腔理论模型简介 |
| 6.6 利用暗态绝热过程一步制备多比特团簇态 |
| 6.7 一步产生团簇态方案的讨论和总结 |
| 7 利用输入输出过程在噪音通道中制备W态及实现量子门操作 |
| 7.1 相位门研究背景及其应用的介绍 |
| 7.2 实现光子和原子比特之间相位门的理论模型介绍 |
| 7.3 利用相位门制备四原子W态 |
| 7.4 利用相位门制备N原子W态 |
| 7.5 在噪音通道中制备纠缠的可行性讨论和总结 |
| 7.6 通过输入输出过程实现原子比特之间信息处理的研究背景 |
| 7.7 输入输出理论实现原子和光子比特之间交换门 |
| 7.8 利用交换门在多原子比特之间进行信息处理 |
| 7.9 讨论交换门模型的可行性和结论 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（9）高精细度微光学腔及单原子的控制与测量（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 强耦合腔 QED |
| 1.2.1 腔QED的基本理论与强耦合条件 |
| 1.2.2 腔QED的应用 |
| 1.3 腔QED的发展及现状 |
| 1.3.1 微波区腔QED进展 |
| 1.3.2 光频区腔QED进展 |
| 1.3.3 其他腔QED系统的进展 |
| 1.4 光频区腔QED系统的实现 |
| 1.4.1 原子的控制 |
| 1.4.2 微腔的建立、测量和控制 |
| 1.4.3 腔QED实验的测量 |
| 1.5 国内腔QED研究状况和本文结构安排 |
| 第二章 微腔中的原子 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 微光学腔中单原子的制备 |
| 2.2.1 自由下落 |
| 2.2.2 “原子喷泉” |
| 2.2.3 原子传送带 |
| 2.2.4 利用单原子隔离效应在微腔中俘获确定性的单原子 |
| 2.3 我们的系统 |
| 第三章 高精细度光学微腔的构建及测量 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 高精度光学微腔 |
| 3.2.1 高精细度微光学腔的搭建 |
| 3.2.2 高精细度微腔的固定和隔振系统 |
| 3.3 高精细度光学微腔参数的测量 |
| 3.3.1 微腔的匹配 |
| 3.3.2 腔长的测量 |
| 3.3.3 微腔双折射的测量 |
| 3.3.4 线宽的测量 |
| 3.3.5 腔QED参数 |
| 3.4 微腔腔镜透射率和其他损耗的测量 |
| 3.4.1 理论模型 |
| 3.4.2 实验测量 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 腔QED中的测量方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 光学平衡差拍探测 |
| 4.2.1 原理 |
| 4.2.2 探测器 |
| 4.2.3 光学平衡差拍探测的实现 |
| 4.3 光子计数方法 |
| 4.3.1 数据采集卡P7888 |
| 4.3.2 单光子计数模块(SPCM) |
| 4.3.2.1 结构 |
| 4.3.2.2 工作原理 |
| 4.3.2.3 暗计数和后脉冲 |
| 4.3.2.4 量子效率的测量 |
| 4.3.3 用SPCM分析光场统计特性的理论研究 |
| 4.3.3.1 理论模型 |
| 4.3.3.2 被测光场为相干光场|φ〉的结果 |
| 4.3.3.3 被测光场为单光子光场|1〉的结果 |
| 4.3.3.4 被测光场为热光场时的结果 |
| 4.3.3.5 被测光场为压缩真空态时的结果 |
| 4.3.4 相干光场和热光场二阶相干度的测量 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 微腔的控制和原子在腔内的渡越 |
| 5.1 引言 |
| 5.1.1 斩波方案概述 |
| 5.1.2 频率链方案概述 |
| 5.2 微腔的锁定 |
| 5.2.1 锁腔回路中的噪声 |
| 5.2.2 PZT的共振频率和陷频滤波器(Notch Filter) |
| 5.2.3 微腔腔长的锁定 |
| 5.3 钛宝石激光器频率相对于铯原子D2线的锁定 |
| 5.4 原子的实时渡越 |
| 5.4.1 理论分析 |
| 5.4.2 斩波方案的实现 |
| 5.4.3 原子渡越信号的观测 |
| 5.5 频率链方案及实验进展 |
| 5.6 小结 |
| 工作总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间完成的论文 |
| 致谢 |
| 个人简况及联系方式 |
（10）囚禁离子系统的量子纠缠及其在量子信息中的应用（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 第一章 囚禁离子系统的物理基础和实验基础 |
| §1.1 引言 |
| §1.2 离子囚禁 |
| §1.2.1 线性Paul阱 |
| §1.2.2 平衡位置 |
| §1.2.3 简正模 |
| §1.3 离子与激光的相互作用 |
| §1.3.1 行波激光场结构 |
| §1.3.2 驻波激光场 |
| §1.3.3 量子光腔中的囚禁离子 |
| §1.4 相关的实验基础 |
| §1.4.1 ~(40)Ca~+离子的能级方案和相关的跃迁 |
| §1.4.2 ~(40)Ca~+离子内态的测量 |
| §1.4.3 ~(40)Ca~+离子的激光冷却 |
| 参考文献 |
| 第二章 量子信息的基本概念 |
| §2.1 单量子比特和单量子比特操作 |
| §2.2 多量子比特和控制量子门 |
| §2.3 量子纠缠 |
| §2.3.1 量子纠缠态的定义 |
| §2.3.2 几类常见的纠缠态 |
| 参考文献 |
| 第三章 热囚禁离子的量子纠缠 |
| §3.1 引言 |
| §3.2 模型 |
| §3.3 两个热囚禁离子的纠缠 |
| §3.4 三个热囚禁离子的GHZ的制备 |
| §3.5 四个及四个以上的热囚禁离子的GHZ态的制备 |
| §3.6 小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 热囚禁离子未知内态的量子隐形传送 |
| §4.1 引言 |
| §4.2 单个囚禁离子未知内态的量子隐形传送 |
| §4.3 两个囚禁离子未知内纠缠态的量子隐形传送 |
| §4.4 N个离子的类电子纠缠GHZ态的量子隐形传送 |
| §4.5 小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 囚禁离子系统的量子计算 |
| §5.1 引言 |
| §5.2 Cirac和Zoller的冷离子量子计算模型 |
| §5.3 Mφlmer和Sφrensen的热离子量子计算模型 |
| §5.4 不受兰姆-狄克参数限制的高Q腔内两能级囚禁离子的量子逻辑门 |
| §5.4.1 不受兰姆-狄克参数限制的腔-离子相互作用的量子动力学 |
| §5.4.2 量子逻辑门操作 |
| §5.4.3 实验可行性讨论 |
| §5.4.4 结论 |
| 参考文献 |
| 第六章 强驱动囚禁离子腔QED中两模非经典态的制备和交换门操作 |
| §6.1 引言 |
| §6.2 模型 |
| §6.3 SU(2)薛定谔猫态的制备 |
| §6.4 纠缠相干态的制备 |
| §6.5 压缩猫态的制备 |
| §6.6 交换门操作 |
| §6.7 本章小论 |
| 附录 |
| 参考文献 |
| 第七章 多个囚禁离子振动运动相干态的叠加 |
| 参考文献 |
| 第八章 总结和展望 |
| 攻读博士期间发表的论文目录 |
| 致谢 |
四、势阱离子+腔场系统中量子逻辑门的实现（论文参考文献）
- [1]强耦合腔QED系统中光学非互易现象的研究[D]. 杨鹏飞. 山西大学, 2020(12)
- [2]具有PT对称量子行走的实验研究[D]. 高世玲. 东南大学, 2019(05)
- [3]偶极—偶极相互作用原子系统的量子动力学研究[D]. 郑雅梅. 福州大学, 2016(07)
- [4]面向多量子比特的表面电极离子阱芯片[D]. 刘威. 国防科学技术大学, 2014(02)
- [5]势阱离子+腔场系统中量子逻辑门的研究[D]. 康广青. 山西大学, 2010(03)
- [6]囚禁离子和液氦上电子系统的量子态操纵[D]. 张淼. 西南交通大学, 2010(10)
- [7]利用离子阱和腔量子电动力学系统制备量子相位门[D]. 张英俏. 哈尔滨工业大学, 2010(04)
- [8]纠缠态制备及量子计算的理论研究[D]. 宋杰. 大连理工大学, 2010(09)
- [9]高精细度微光学腔及单原子的控制与测量[D]. 李刚. 山西大学, 2007(05)
- [10]囚禁离子系统的量子纠缠及其在量子信息中的应用[D]. 郑小娟. 湖南师范大学, 2007(06)