基于金属球多比特光量子门研究

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最近几年,纳米技术快速发展,表面等离子体逐渐展露出它在纳米光学领域的突出优势,在生物,医疗等众多领域内都得到了很多的应用。同时,随着信息容量的增大和对计算速度的要求不断提高。量子通信和量子计算同样受到了广泛的关注,而量子逻辑门是实现量子计算和量子信息处理的基本元件,所以能够构造出量子逻辑门显得极为重要。本论文主要讨论金属纳米结构的表面等离子体对原子自发辐射的影响,试图找到一种构造量子逻辑门的方法。使得金属的表面等离子不但在生物,医疗等领域取得成就,而且还在量子器件的开发和制造方面得到应用。  本文详细推导了纳米金属球的表面等离子体对多个二能级原子自发辐射影响的计算公式。利用金属球的表面等离子对二能级原子自发辐射的影响,构造出了超辐射和抑制辐射态,借助超辐射和抑制辐射态,提出一种实现多quit量子相门的方法,并利用该方法构造出了两比特相门,三比特相门和四比特相门。同时我们还讨论了这些量子门的保真度与金属的吸收损耗的关系。  此外,我们还研究了在金属球外包一层各向异性的材料(比如液晶),纳米金属材料对原子自发辐射的影响。各项异性介质的介电常数可以通过静电压调节,所以当包一层各向异性介质的材料是,散射场发生变化,从而能够调节原子的自发辐射,这样可以很好的操控原子的自发辐射问题。在研究的过程中本文以两量子比特为例,实现了利用电压对量子相门的调控。在计算的过程中产用了一种比较一般的求解各向异性材料的电磁场散射的方法,今后可以对任意的各向异性材料进行数值求解。
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