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量子信息科学是一门量子力学和信息学交叉的新兴科学,它的研究领域主要有量子密码术、量子通信、量子计算机等几个方面。由于引入了量子力学中的量子纠缠特性、量子不可克隆性以及量子叠加性和相干性,使得在大数因子分解、量子保密通讯等方面显示出经典信息无法比拟的优越性。目前,量子信息学以独特的魅力正吸引着学术界广泛的关注和研究。腔QED被认为是进行量子信息处理的较为理想和具有前景的场所,它的核心就是原子和腔场的相互作用,产生态的演化,从而实现对量子态的制备和操控。比如可以用腔QED技术来实现量子逻辑门、制备纠缠态以及进行量子隐形传态等量子信息的处理。
本文首先对量子信息的发展状况作了综述,然后介绍了腔QED理论知识,并用例子说明了如何在腔QED中实现两原子纠缠和量子信息处理。第二章中我们系统地对纠缠态的概念作了阐述,并介绍了几种度量纠缠的方法。第三章是本文的主体,分别研究了梯度型和Lambda-型三能级原子与双模衰减腔场相互作用的情况,详细讨论了腔衰减率对纠缠特性和动力学属性的影响,并进行了数值模拟计算。我们得到的结论是:当其它相关参数不变时,原子的布居数概率、冗余纠缠度、两原子之间的纠缠度、平均布居数的翻转、平均光子数,以及实现逻辑门和产生EPR态的两种保真度都是随着腔衰减率的增大而减小的。
本文的工作有助于人们加深对三能级原子与双模腔相互作用的理解和认识。对进一步研究在腔QED中进行量子信息处理有一定的理论指导意义。