利用人造原子制備團(tuán)簇態(tài)

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1、摘要本文提出了利用具有循環(huán)布居數(shù)變換的三能級(jí)人造原子制備團(tuán)簇態(tài)的方案．這種原子是由超導(dǎo)量子電路實(shí)現(xiàn)的，我們是利用三能級(jí)人造原子與雙模腔相互作用制備團(tuán)簇態(tài)的，同時(shí)一個(gè)經(jīng)典場(chǎng)與原子的兩個(gè)最低能級(jí)相耦合來(lái)進(jìn)行輔助作用．因?yàn)楦郊拥耐鈭?chǎng)與原子的兩個(gè)較低能級(jí)之間的耦合給我們提供了新的可控參數(shù)，所以我們的方案不同于利用傳統(tǒng)的原子系統(tǒng)的方案．這類(lèi)團(tuán)簇態(tài)只包含了原子的亞穩(wěn)態(tài)，因此不受原子自發(fā)輻射的影響．關(guān)鍵詞：糾纏態(tài)；人造原子；團(tuán)簇態(tài)AbstractW毫prop08easchemetogenerateclllsterstateu8ingthree-levelartificialatom8衍thc

2、yclicpopuIationtran8fer．Thiskindofatomscanbeimplementedbya8uper-conductingquantumcircuit．Wbutilizetheato腳interactwithabimod甜cavity躕dadassical矗eldi8synchronou8lycoupledwithitstwolo嗍teIler科level8．Ourschemei8n刪anddi矗brent矗omthecoIIventionalatoIIlicsyste腳，8incetheaddi．tionalcouplingbetweentheext

3、ern猷丘eldandthetwolowe8tenergylevel8provide8u8anewpafametertocontrolthe8ystem，Theclu8ter8tatesonlyinv01ve瑚砒a8tablestate8oftheato腳，thu8arenot胡ktedby8pont8J1eotlsemission．1(eywDrds：entan舀ed8ta七e；arti丘ciala七om；clu8ter8t8teII插圖目錄2．1三能級(jí)原子能級(jí)結(jié)構(gòu)圖3．1三個(gè)約瑟夫森結(jié)構(gòu)成的超導(dǎo)環(huán)．．．．．3．2三能級(jí)人造原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)圖．．．．．3．3有效A一型躍遷的能級(jí)

4、結(jié)構(gòu)圖．．．．．2㈣∽∞第一章引言隨著科學(xué)的發(fā)展，物理研究也逐步進(jìn)入到了量子力學(xué)的時(shí)代．量子糾纏現(xiàn)象作為量子力學(xué)特有的現(xiàn)象是首先由Einstein-PodolskpRDsen【l】等人注意到的．量子糾纏現(xiàn)象是量子力學(xué)不同子經(jīng)典物理最奇特，最不可思議的特征．如果幾個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)處于一個(gè)純態(tài)，而這個(gè)系統(tǒng)的純態(tài)不能寫(xiě)成子系統(tǒng)純態(tài)的直積態(tài)．在這種情況下，即使子系統(tǒng)被分離，它們也是相互關(guān)聯(lián)的．從數(shù)學(xué)角度分析，它意味著由多個(gè)粒子構(gòu)成的系統(tǒng)的波函數(shù)不能被因式分解成獨(dú)立的單粒子的波函數(shù)乘積形式．由于糾纏態(tài)的這種特殊的物理性質(zhì)，使其在量子信息學(xué)【2，3】中扮演著極為重要的角色，為信息傳輸

5、和信息處理提供新的物理資源，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用這些新資源就夠成了量子信息學(xué)研究的重要目的，例如，量子隱形傳送f““，量子秘密共享114一”，量子安全直接通訊11腳q，量子糾錯(cuò)12q和量子密鑰分配12}28】等等，都是以量子糾纏態(tài)作為資源進(jìn)行信息傳輸和信息處理的．過(guò)去的幾十年中，我們所研究的糾纏態(tài)按照其比特?cái)?shù)及糾纏類(lèi)型可以分為二粒子最大糾纏態(tài)Einstein_Podolsky-RDsen(EPR)、Grennberge卜Home-Zeilinger(GHz)態(tài)∞j和W態(tài)㈤．這些傳統(tǒng)的糾纏態(tài)，在過(guò)去的時(shí)間里已經(jīng)被科學(xué)家們大量地研究，并提出了許多制備各類(lèi)糾纏態(tài)的方案，如利用光學(xué)系統(tǒng)【3”，腔

6、QED系統(tǒng)㈣，離子阱系統(tǒng)【331等制各糾纏的方案．這些方案給了我們很多啟發(fā)，從糾纏態(tài)的制備過(guò)程進(jìn)一步了解糾纏態(tài)的特性以及糾纏態(tài)的應(yīng)用等，第一章引言最近量子計(jì)算機(jī)正在受到越來(lái)越多的關(guān)注，因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)比經(jīng)典計(jì)算機(jī)具有更加強(qiáng)大的功能㈣．量子計(jì)算機(jī)不僅能夠解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)很難解決的問(wèn)題，還能加快一些計(jì)算的速度l睜卅．所以現(xiàn)在有很多研究者正在開(kāi)發(fā)研究量子計(jì)算機(jī)，以及有關(guān)的量子計(jì)算，量子信息等【38刪．團(tuán)簇態(tài)(clIlsterstate)【4I】作為量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，也是一種特殊的糾纏態(tài)，它是基于量子計(jì)算的主要測(cè)量因素，像一步量子計(jì)算都是應(yīng)用團(tuán)簇態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的【421．Nielsen曾經(jīng)指出利

7、用線性團(tuán)簇態(tài)的任何量子計(jì)算都可以在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬㈣．團(tuán)簇態(tài)雖然表面上類(lèi)似于GHz態(tài)和W態(tài)，并且具有和這兩種糾纏態(tài)類(lèi)似的性質(zhì)，但它卻比這兩種糾纏態(tài)擁有更強(qiáng)大的糾纏持續(xù)性，更穩(wěn)定的糾纏關(guān)聯(lián)，所以很難通過(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)量進(jìn)行破壞，而且也不易受到退相干作用的影響．而且團(tuán)簇態(tài)也可以作為制備其他多比特糾纏態(tài)的重要資源．由于團(tuán)簇態(tài)的這種獨(dú)一無(wú)二的物理特性，它正在被廣泛地研究并應(yīng)用于物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，特別是在量子計(jì)算領(lǐng)域里，發(fā)揮著很重要的作用．因此，許多科學(xué)家都開(kāi)始研究團(tuán)簇態(tài)并且試圖運(yùn)用各種方法來(lái)制備團(tuán)簇態(tài)