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量子纠缠表现为多体量子系统间非局域,非经典的关联,在量子信息和量子计算领域里的应用优势尤其突出,比如量子隐形传态,量子密集编码,量子秘密分享,远程态制备,量子搜索算法等。这些以量子纠缠态为物理资源的量子信息处理在安全和速度方面有经典信息和经典计算无可比拟的优势。因此,对量子纠缠态的研究是量子信息处理的重要内容,其中量子纠缠态制备问题是实现量子信息和量子计算的基础,一直都是国内外的研究小组的热点工作。各研究小组就不同的物理系统提出了不同的纠缠态制备模型,比如量子点系统,原子系统,囚禁离子系统,线性光学系统,超导量子干涉仪系统等等。其中,借助腔量子电动力学机制进行原子纠缠态制备发展最为成熟。考虑到制备纠缠态的量子系统的相干能力,在纠缠态的制备当中,对量子比特的选择也很重要。在原子系统中通常选择单个原子作为单量子比特来制备纠缠态,模型也比较简单。近年来,考虑到以原子系综作为单量子比特的优越性,人们提出了若干原子系综纠缠态制备的方案。本论文研究了利用腔量子电动力学机制和里德堡阻塞机制制备原子系综间的纠缠态,主要内容分如下四章:
在第一章中,简单介绍一下量子纠缠概念,纠缠态的度量以及几种特殊的纠缠态。
第二章对原子与电磁场(经典电磁场和量子电磁场)的相互作用及在该相互作用下系统的演化规律做了简单介绍,并介绍了原子间的里德堡阻塞机制。
第三章是本文的主体部分,详细讨论了原子系综纠缠态的制备方法。具体提出了利用腔量子电动力学机制制备原子系综纠缠W态和GHZ态的方法和利用里德堡阻塞机制制备原子系综簇态的方法,并讨论了所制备的这几种纠缠态的保真度问题。
在第四章对本文的工作做了总结和展望。