基于量子反馈控制的纠缠态制备

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量子纠缠是量子通信以及量子计算的重要资源,在量子信息学中处于核心地位。量子纠缠的制备是量子信息学中的一个重要问题。理想的量子系统是封闭的,因此系统能够保持其量子相干性。然而,实际的量子系统对于外部环境是开放的,量子系统会不可避免的与外界环境进行作用,因此量子相干性被破坏。腔量子电动力学系统提供给量子信息处理一个很好的平台,但是系统与周边环境相互作用所引起的消相干效应会导致信息的缺失。典型的消相干因素包括光子的衰减以及原子的自发辐射,消相干因素的存在成为在实验上制备准确可靠纠缠态的一个障碍。最近实时监控和操纵单个量子系统的实验工作表明量子反馈控制是一个理想的方法来制备纠缠态并且避免由消相干因素引起的破坏。因此,在有效地抑制消相干效应的前提下,在腔中制备量子纠缠是十分有意义的。本文主要研究基于量子反馈控制在强耗散腔中制备稳定的原子纠缠态。主要研究内容如下:基于量子反馈控制在强耗散腔中实现稳定三原子Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)态。我们提出将三个原子束缚在一个双模腔中,腔外放置两个光子探测器来探测泄露出腔的光子。量子反馈控制仅需施加到一个原子上来提高目标态的保真度并且制备稳态所需要的相互作用时间不需要被精确控制。因此,腔衰减在制备目标态的过程中非常重要,腔衰减率的变化波动几乎对制备稳态纠缠没有影响。除此之外,在整个过程中,大失谐的情况被考虑,原子高能级被绝热消除,从而很大程度上抑制了原子自发辐射的影响。通过上述过程,在强耗散腔里制备了一个接近完美的GHZ态。基于量子反馈控制在强耗散腔中实现稳定三原子W态。三个原子被束缚在一个单模腔中,腔外放置一个光子探测器来探测泄露出腔的光子。我们方案的特点是可以在低品质腔中实现并且光子泄露对于我们制备纠缠态是有利的,在强耗散的情况下,系统被确定性的驱动到所要制备的目标态上并且不需要精确控制演化时间。除此之外,在整个过程中,大失谐的情况被考虑,原子高能级被绝热消除,从而很大程度上抑制了原子白发辐射的影响。通过上述过程,在强耗散腔里制备了一个接近完美的W态。上述方案的可行性分析显示,在现有的实验技术条件下这些方案可以实现。希望我们的方案对实验上实现稳定的多量子比特GHZ态和W态会有重要的价值。
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