耗散耦合腔中制备Bell态
应用腔QED制备多比特纠缠态
文 章 编 号 ： ０ ４４ ５ （０ ０ ０ —０ ３０ １ ０ —３ ３ ２ １ ） １０ ４ ～４
应 用 腔 ＱＥ 制 备 多 比 特 纠 院 ， 林 延 吉 １３ ０ 吉 ３ ０ ２）
摘 要 ： 出 一 个 应 用 圆极 化 双模 腔 制 备 多 比特 纠缠 态 的 方 案 ． 方 案 基 于 １ 原 子 和 多 个 腔 以 及 多 个 原 子 和 提 该 个 １ 腔 的共 振 相 互 作 用 ， 备 过 程 简单 ， 互 作 用 时 间 短 ， 能有 效 地 抑 制 退 相 干 ， 有 实 验 可 行 性 ． 个 制 相 并 具 关 键 词 ：腔 量 子 电 动 力 学 ；共 振 相 互 作 用 ；多 比 特 纠 缠 态
Ｚｏ ｈ ｕ等口 叨在 ２ ０ ０ ５年 提 出 通 过 驱 动 １个 原 子 经 过左 旋 和右 旋 圆极 化 腔场 来 制 备 光 子 一 子 对 纠 光
缠． 因为 圆极化 电磁 场 和 电磁 波 已广 泛应 用 于人 们 的生 产生 活 ， 验 上 更 容 易控 制 ； 而 ， 些年 实 因 近
个光 子 纠缠 的 实 验［ ． 些 工 作 不 仅 为检 验 量 子 ７ 这 ｊ 力学 的非 定域 性 原 理 提 供 了可 能 ， 为量 子 纠 缠 还
来， 人们 一直 热 衷 于 圆极 化 电 磁 场 在各 领 域 应 用 的研 究 ． 近 ， ａ ｇ等＿ 最 Ｈｕ ｎ １ 出应用 腔 ＱＥ 妇提 Ｄ系统
过 １ 放在 高 品质 因 数 的 腔 中 的三 能 级 Ａ 型原 个 子制备 原子 一 子对 纠缠 的方案． 此基 础上 ， 光 在
中的 ２个原 子 纠 缠 ＿ ； ４ 后来 人们 逐 渐 集 中精 力 研
利用腔的输入输出过程制备多原子纠缠态
摘
要 ： 文 提 出 一些 制备 多 原 子 纠缠 态 的物 理 方 案 ， 些 方 案 是 依 靠 辅 助 腔 和单 光 子 脉 冲 相 互 作 用 来 完 成 的 ． 论 这 即
使原 子不在 Ｌｍｂ— ｉ ｅ体系 中， ａ Ｄｅ ｋ 通过此方案产生的纠缠态仍具有很 高的保真度． 实验的观点 来看 ， 少的操作数 目 从 较
ＰＡＮ Ｇｕ —ｈ ，ＹＡＮＧ ｎ ｈ ｏ ｚｕ Ｍｉｎ 。 Ｇａ ｇ Ｚｈ ｏ ｌａ ｇ ＇
（ ． ｃ ｏｌ ｆ ｈ ｓ ｓ ｎ ａ ｒ ｌ ｃ ｎ ｅ Ａ ｈ ｉ ｎｖ ｒ ｔ ， ｅ ｉ ２ ０ ３ ， ｈｎ ； １ Ｓ ｈ ｏ ｏ Ｐ ｙｉ ｄ Ｍ ｔ ｉ ｉ ｃ ， ｎ ｕ Ｕ ｉ ｓ ｙ Ｈ ｆ ３ ０ ９ Ｃ ｉａ ｃａ ｅａ Ｓ ｅ ｅｉ ｅ
ｒｇ ｍｅ Ｆｒｍ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｏｎ ｆ ｖｅ ，ｆ ｗｅ ｐ ｒｔｏ ｕｍｂ ｒ ｎ ｓｍｐ ｅ ｓ ｔｐ ｋ ｅ ｈ ｅ ｉ ． ｏ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｐ ｉｔ ｏ ｉｗ ｅ ｒ ｏ ｅ ａｉ ｎ ｎ ｅ ｓ ａ ｄ ｉ ｌ ｅｕ ｅ ｐ ｔ ｅ
２． ｓｃ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ｎｔｒ Ｂａ ｉ ｐ ｒｍｅ ｔＣｅ ｅ ，Ｗ ｅ ｔＡｎ ｉＵｎｉｅ ｓｔ ｓ ｈｕ ｖ ｒｉ ｙ，Ｌｕａ ２ ７ ２，Ｃｈｉａ； ’ｎ ３ ０１ ｎ
３ Ｄ ｐｒ ｅｔ ｆ ｈｓ ｓ ｎ ｌ ｔ ｎ ｎｉｅｒ ｇ Ｈ ｆｉ ｏ ｌ ｎｖｒｉ ， ｅ ｉ ２０ ６ ， ｈｎ ） ． ｅａ ｍ ｎ ｏ Ｐ ｙｉ ｄＥｅ ｒ ｉ Ｅ ｇ ｅ ｎ ， ｅ ｒ ｉ ｓｙ Ｈ ｆ ３０ １ Ｃ ｉ ｔ ｃａ ｃｏ ｃ ｎ ｉ ｅ Ｎ ｍａ Ｕ ｅ ｔ ｅ ａ
ｓ ｈ ｍｅ ａ ｙ ｔ ｅ ｉ ｌｍｅ ｔ ｄ ｃ ｅ ｓｅ ｓ ｏ ｂ ｍｐｅ ｎｅ ．
在单独腔中通过捕获原子的方法实现信息分裂
2020年第12期 信息通信2020 (总第 216 期）INFORMATION&COMMUNICATIONS(Sum.N o 216)在单独腔中通过捕获原子的方法实现信息分裂丁佩超，王平(安徽三联学院，安徽合肥230601)摘要:提出了一种利用原子与空腔间的共振相互作用进行信息分割的方案，通过选择不同的初始态，可以得到不同的末 态。
与原来的方案相比，该方案对原子自发发射和腔衰变不敏感，使得方案在实验中更容易实现。
关键词:量子信息分裂;分离腔;分束器中图分类号:〇431.2 文献标识码:A 文章编号：1673-1131(2020)12-0068-03Implement information split with trapped atoms in separate cavitiesDing Peichao, W ang Ping(Anhui Sanlian College, Anhui Hefei 230601)Abstract：A scheme for information split is proposed employing resonant interactions between atoms and cavities, choosing different initial states, we can obtain different state. In contrast to the original scheme, our scheme is not insensitive to the atomic spontaneous emission and cavity decay, which makes the schemes more easily realize in the experiments.Keyword:quantum-information splitting;distant cavity;beam-splitter量子纠缠是量子力学最引人入胜的特色之一，它不仅为区分量子力学与经典物理提供了重要工具，而且为用局部隐变量理论测试量子力学提供了可能性[1_3]。
耗散腔量子电动力学系统中量子Fisher信息和量子相干性分布
基于混态Bell态通道的量子远程态制备
基于混态Bell态通道的量子远程态制备苗纯;方曙东;潘国柱【摘要】提出一种利用混态纠缠态作为量子通道实现任意纠缠态的量子远程制备方案.混态是一个混合的Bell态,这在量子信息过程中比纯态作为量子通道更具有实际意义.我们从Lindblad主方程出发研究[L3z,L3,z]一型的噪声通道的量子远程态制备方案,并对这种量子远程态制备的保真度和概率进行讨论.【期刊名称】《池州学院学报》【年(卷),期】2010(024)006【总页数】4页(P29-31,39)【关键词】纠缠态;Bell态;混合态;远程态制备【作者】苗纯;方曙东;潘国柱【作者单位】池州学院,物理与机电工程系,安徽,池州,247000;池州学院,物理与机电工程系,安徽,池州,247000;皖西学院,材料与化工学院,安徽,六安,237012【正文语种】中文【中图分类】O413近些年，量子纠缠被广泛地研究和应用，这是因为它有着量子力学独特的非经典特性[1]。
在量子信息处理过程中量子纠缠作为一个基本的资源被广泛地运用，比如量子远程态制备[2-6]、量子隐形传态[7-10]、量子密集编码[11-13]、量子密码术[14-15]等。
量子隐形传态，描述了由信息传递者Alice（A）通过量子通道和经典通讯传递一个未知的量子态给远处的信息接收者Bob（B）的过程，它于1993年由Bennett 等人最先提出的。
在这个模式中，Alice和Bob均不知道要传送的那个态。
如果Alice传送的是已知态，则就是远程态制备，这个概念是由Bennett[16]，Lo[17]，Pati[18]等人在 2000 年提出的。
量子远程态制备的模型如图所示。
由于Alice要传送的态是否已知这一微小差别的存在，使得量子远程态制备在经典资源的消耗上比量子隐形传态更加节省，并且其操作过程也比量子隐形传态更简单。
节省的经典资源虽然在局域的量子态制备中并不是件极其有价值的事，但若从整个量子网络来看，节省经典资源的重要意义就凸现出来了。
光学微腔中的耗散声光相互作用
光学微腔中的耗散声光相互作用光学微腔中的耗散声光相互作用是指光学微腔（光学腔）中的光和声波之间通过介质的耗散而相互耦合的现象。
这种相互作用在光学和声学领域中都有重要的应用，特别是在微纳光学和声子学的研究中。
下面简要介绍光学微腔中的耗散声光相互作用的一些基本概念：
1.光学微腔：光学微腔是一种高品质因子的光学谐振腔，通常由两个或多个高反射性的镜面之间的介质形成。
这种微腔具有非常高的光学品质因子（Q因子），使得光在腔中可以多次反射而保持高度聚焦，形成驻波模式。
2.声光相互作用：光学微腔中的声光相互作用是指声波和光波之间的能量交换。
当光波和声波传播在微腔中时，它们与介质的耗散相互耦合，导致能量从光波转移到声波或反之。
这种相互作用通常通过压光效应（photoelastic effect）来实现，其中介质的折射率随应变而变化。
3.耗散：在光学微腔中，介质的耗散主要来自材料的损耗、表面粗糙度引起的散射、以及其他非理想性因素。
这些耗散过程会导致微腔内的能量损失，从而影响光学微腔中的共振模式和声光相互作用的效果。
4.应用：
传感器技术：光学微腔中的声光相互作用可用于制造高灵敏的传感器，例如用于检测微小的力、压力、温度变化等。
信息处理：这种相互作用也被用于光学和声学信息处理，例如制造光学微腔中的声子晶体，实现声子的调控和操控。
基础物理研究：光学微腔中的耗散声光相互作用在基础物理研
究中也具有重要意义，帮助科学家更好地理解光学和声学之间的相互关系。
光学微腔中的耗散声光相互作用在微纳光学和声子学领域的研究中得到广泛应用，为制造高灵敏传感器、实现光学信息处理等领域提供了新的可能性。
基于金刚石NV色心和微环谐振腔耦合系统的量子纠缠态制备
基于金刚石NV色心和微环谐振腔耦合系统的量子纠缠态制备近年来,人们对于信息传递的需求越来越多,各种各样的新式媒介不断产生,传统的经典通信方式具有传播速度快、覆盖范围广等一系列优点,担负着绝大部分的信息传递任务。
随着科技的不断发展,人们开始意识到传统的通信方式并非绝对安全,社会迫切需要一种可以完全保密的信息传递手段。
量子信息的出现解决了这一问题,由于其具有不可克隆性和叠加态原理,通过对量子信息的处理可以实现信息的绝对保密。
量子信息处理是集物理、计算机、通信等多领域综合而成一门新兴学科,其利用量子力学的纠缠特性,通过制备量子纠缠态作为信息传播的载体进行量子通信,解决了许多经典信息学无法处理的问题,因此在国内外受到学者的广泛关注。
作为实现量子通信和量子计算不可或缺的资源,在量子信息处理领域的研究中,纠缠态作为实现信息交换的媒介和载体,承载着关键的作用,也正因如此,研究量子纠缠态的制备和相互转化具有非常重要的意义。
目前,根据制备所用的物理体系不同,量子纠缠态的制备方式主要分为原子系统、光学系统、离子阱、腔量子电动力学等。
其中腔QED(腔量子电动力学)由于具有品质因数高、模式体积小等优点,在纠缠制备方面发展的较为成熟。
微环谐振腔(microtoroidal resonator)是一种具有高品质因数和小模式体积的光学微腔,利用NV色心的较长相干时间特点和其耦合的系统,可以进行量子纠缠态的制备与转化。
因此,基于NV色心和MTR的耦合系统在量子信息处理、量子密钥分发等领域均有众多应用。
本文主要涉及以下几个方面:本文首先提出了一种在NV色心之间制备纠缠态的方案。
在该方案中,NV色心耦合至微环谐振腔(MTR)的回音壁模式(WGM)。
通过利用原始的偏振光子输入和单光子探测器的测量,NV色心将在MTR中的偏振光子的特殊输入-输出过程的帮助下制备为纠缠态。
更重要的是,Bell和W状态都可以通过该方案提出的光学系统制备。
该方案为制备NV色心之间的纠缠提供了物理可行性,并可能为基于NV色心的量子信息处理(QIP)铺平道路。
回音壁腔光机械系统中的动力学行为
量 子信 息 的处理 与应用 ． 笔者 设计 了一 种 回音壁 光机 械 系统 ， 过腔 透射谱 和 反射谱 来 研究 光 机械 诱 导透 通 明与 吸收现 象 ， 并且 论证 了此 系 统 中电磁诱 导透 明 和吸 收的存 在及 其成 因 ， 后来量 子 信息 的应 用 提供 理 为
论 依据 ．
的透 射功率 定义 为 ｔ ． 如果腔 的 自由光谱 区远 大于 机械振 荡频率 ， 只有一个 光学模 与机 械模耦 合．
图 １中回音壁 腔 由传播在 底部 波导 中 的激 光场 所驱 动 ， 诱导 内腔 场 ｃ ￡ 感应 １ 控制 场． （） 个 腔共 振频 率 取决 于相 对于 平衡位 置 时的腔边 界位 移 ｚ（） 光 机械 系统能 级如 图 ２ ￡． 所示 ， 中 和 分别 代 表光子数 其
明 和 电磁 诱 导 吸 收 之 间的 转 换 ， 系统 中光 机 械 诱 导 透 明 与 吸 收 的 论 证 为量 子 信 息的 处理 提 供 了理 论 依 据 ． 此 关 键 词 ： 音 壁 光 机 械 腔 ； 机 械 诱 导透 明 ； 机 械 诱 导 吸 收 ； 子信 息 回 光 光 量 中 图分 类 号 ： ４ ３ ２ Ｏ １ ． 文献标志码 ： Ａ Ｄ Ｉ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １ ０ —２ ８ ． ０ ２ ０ ． １ Ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ７ ９ ５ ２ １ ． ２ Ｏ １ ｓ
湮 灭算 符． ３ 第 项代 表腔 场与机 械模 之 间的相互 作用项 ， 机械耦 合率 为 ｇ ＝ －Ｏ ／ Ｒ是 回音壁 腔半 径 ； 光 。 Ｊ Ｒ，
最后 一项 描述 回音壁 腔 与波导 之 间的耦合 ； 是 取决 于额 外耦合 的光 子逃 逸率．
腔 模和 机械模 之 间的辐 射压力 相互作 用被 非线 性哈 密顿量 【 ２ 胡Ｈ。 ＝ｈ 。 （ ） 式化 ． ｇ Ｃｃ ６ ＋ｂ 模 用频 率 为 的红失谐 激光 驱动 系统 ， 效相 互作用 约化 为 Ｈ． ＝ｈ ｃｂ＋ｃ ， 描述光 学腔 模与机 械 模之 间 有 ｎ Ｇ（ ｔ ｂ）它 能量 的传递 ， 似 于量子 光学 分束 器相互 作用 ． 类 而在 蓝 失谐 泵 浦 时 ， 光学 模 与声 学 模 之 间 的有效 相 互作 用 退 化 为 Ｈ 一ｈ ｃｂ Ｇ（ ＋ｃ ） 描 述驱 动激光 和光 学腔模 与机 械模 之间能 量 的转 移 ， 于足 够大 的强相 互作 ｂ， 对 用． 这一 项会 引起 腔场和 机械模 的 纠缠． 中有效 耦合 率 变为 Ｇ 一２ ｇ ｚ ， 一，ｈ ２ ｏ 是机 械 振子 位 其 ａ 。 。 。 ／ ／ ｍ￣
光学腔中腔量子电动力学系统的理论成果
光学腔中腔量子电动力学系统的理论成果乔玉洁张罡(天津师范大学物理与材料科学学院,天津300387)1概述光学作为一门最基础的物理学科,在物理学的发展过程中起到至关重要的作用。
但随着研究的深入,物理学家们发现经典力学已经不足以描述微观系统,所以在20世纪初由普朗克、玻尔、海森堡、薛定谔等一大批物理学家共同创立的量子力学带领大家进入了“新世界”,至此一些经典力学中无法克服的困难———波粒二象性、黑体辐射、光电效应等都得到了合理地解释,量子力学的快速发展推动了科学技术的进步,也促进了我们对光的性质的进一步研究与探索。
当我们将量子场论与光学相结合,用量子力学的观点处理光与物质的相互作用时,量子光学的概念就此提出。
腔量子电动力学作为量子光学的一个主要的领域,在过去几十年中取得了巨大的进展,在量子信息和量子计算方面也体现出了极大的应用潜力。
2腔量子电动力学简介腔量子电动力学概念的首次提出可以追溯到20世纪40年代,1946年Edwar d M .Pur cel l 在美国物理学春季会议上的论文摘要中提到[2]:当自旋系统与共振电路耦合时,原子的射频跃迁的自发辐射率会发生变化,这就打破了在这之前人们普遍认为自发辐射是一种固有属性的说法,从而使更多的科学家们把注意力放在自发辐射和能级移动方面。
1948年,Cas i m i r 和Pol der 逐渐把单个原子与导电平面之间的研究扩展到两个平行金属板之间的相互作用情况[3,4],并发现了“Cas i m i r 效应”。
20世纪50年代,微波激射器[5]的实现激发了人们对腔中物质与辐射场相互作用的深入研究,在这段时期内,电子自旋跃迁自发辐射率的修正被预测并得到实验证实[6]。
1963年,J aynes 和Cum m i ngs建立了一个理想模型“J aynes Cum m i ng (J -C )模型”,该模型的提出在腔量子电动力学的发展过程中具有里程碑的意义。
基于混态Bell态通道的量子远程态制备
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｈ ｚ ｏ ｏｌ ｇ ｏ ｒ ａ ｏ ｉｈ ｕＣ ｌ ｅ Ｃ ｅ
２１ ０ ０年 １ ２月 第 ２ ４卷 第 ６ 期
Ｄｅ ０ ］ ４ Ｎｏ６ （ ．２ Ｖｏ． ． ｌ ０ ２
基 于 混态 Ｂ ｌ 通 道 的量 子 远 程态 制 备 ｅｌ 态
Ｃ（
信息 处 理 过程 中量 子 纠缠 作 为 一 个 基 本 的 资 源被
广泛 地 运 用 ， 比如量 子 远 程态 制 备【 、 量子 隐形 传 态ｌ ｉ ７ 、 ＿ 量子 密集 编码［ １、 １ ３ 量子 密码 术［ １ 。 １］ － １５ ４１ －等
量 子 隐形 传 态 ， 述 了由信息 传 递者 Ａ ｉｅ Ａ） 描 ｌ （ ｃ
收 稿 日期 ：０ ０ １ — ５ ２ １ — ０ １
算符； 表示原子与腔场的耦合常数 ；）ｉ 入 ｆ￣ｆ分别 ｅ ｒｇ
基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 （０ ０ ０ １ ｌ０ ５ ２ ）安 徽 省 高 等 学 校 省 级 优 秀 ７ 国 １７ ４ ０ ，１０ ０ ９ ； ＤＴＡ Ｐ 基 金（０ Ｏ Ｑ １３ Ｄ；０ ０ ＱＲ １２； 徽 省 高 等 ］ ‘ ２ １ Ｓ ＲＬ５ Ｚ ２ １Ｓ Ｌ ３ ）安
【 键 词】 关 纠缠 态 ； ｅ ］ 态 ； 合 态； 程 态 制备 Ｂ１ 混 远 ｆ 中图 分 类 号】 ４ Ｏｌ ３ ［ 套 标识 码】 文 Ａ ［ 章 编 号 】 ７ —１ Ｏ （ Ｏ ０ 一Ｏ ９ ３ 文 ｌ ４ １２ ２１ ６ ０） ６ Ｏ２ —０
１ 引 言
近些 年 ， 子 纠 缠 被 广泛 地 研 究 和 应 用 ， 是 量 这
过 程 中 ， 最 大 纠 缠 态 将 不 可 避 免 地 与 外 部 环 境 发 此
制备两个三能级原子最大纠缠态的腔QED方案
个 原 子 被 先 后 送 入 一 个 单 模 共 振 腔 ， 子 和 腔 场 通 过 Ｊｙ ｅ— ｕ 原 ａｎ ｓＣ ｍｍｉｇ ｍｉｏ ｉｎ发 生 共 振 相 互 作 用 ． 们 的方 案 ｎ ｓＨａ ｌ ｎａ ｔ 我 基 于 前 腔 Ｑ Ｄ 技 术 有 可 能 在 实 验 上 实 现 ． Ｅ 关 键 词 ： 子 纠 缠 ； 振 ； ＱＥ 量 共 腔 Ｄ 中 囹 分 类 号 ： １． Ｏ４ ３ ３ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ４４ ２ （０ ７ ０ —０ ６０ １０ —３ ９ ２ ０ ）４０ ２ —２
１ 基于腔 ＱＥ Ｄ技术制备 最大 纠缠 态
考虑 原 子 为 全 同 的三 能 级 原 子 ， 个 能级 分 别 三 表 示 为 ｌ ＞ ｌ ） ｌ＞ 能 级 ｌ＞ ｝ ＞和 ｌ ＞ ｌ ＞ 厂 ，ｇ 和 ｅ ， 一 ｇ Ｐ 厂 一 ｇ 的跃 迁频 率 分 别 为 ５ ． Ｇ １ １ Ｈｚ和 ５ 。 Ｈｚ ｌ‘ ４ ３Ｇ 。 ／ ＞在
Ｈ ＝ ００ ９ ＋口＋ 山 Ｓ ： ｏ ＋ ｉ （ Ｓ＋一 ａ Ｊ ａ ￣ ＋Ｓ一）一
ｚ＋ Ｈ ｏ＋ Ｈ ， （ ） １
远程节点之间产生GHZ态
远程节点之间产生GHZ态马永红;陈华;赵存虎【摘要】提出一种在噪音通道中实现远程节点之间产生多原子纠缠的方案,噪音参数与目标态的保真度是相互独立的.结果表明,此方案中制备的非最大纠缠态能用来完成量子通讯.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2012(031)001【总页数】4页(P99-102)【关键词】量子节点;GHZ态;纠缠态【作者】马永红;陈华;赵存虎【作者单位】内蒙古科技大学数理与生物工程学院,内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学数理与生物工程学院,内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学数理与生物工程学院,内蒙古包头 014010【正文语种】中文【中图分类】O413.11993年，Greenberger，Horene，Zelinger将两粒子纠缠的Bell态推广到三粒子纠缠态［1］，这种态我们称为GHZ态，其表示形式为，对于多粒子情况，GHZ态可表示为保真度是用来表示输出的量子态和目标态之间的接近程度，它是度量两个量子态间距离的一种方法.态ρ和σ的保真度可表示为:我们考虑两种情况:第一种是ρ和σ对易，即在某一正交基|i＞下两密度算符是对角的，满足ρ=对应的保真度为可见，在这种情况下，保真度还原为ρ和σ对应本征值分别为 ri和 si的经典保真度.第二种是纯态|Ψ＞和任意态ρ的保真度，利用保真度的定义式(1)并利用纯态的等幂性，我们可以得到即保真度等于态|Ψ＞和任意态ρ之间重叠部分的平方根.为建立远程节点之间的量子信息，人们提出纠缠分布的思想［2］，于是实现了在不同的量子节点间长距离量子通信.最近，人们提出许多远程腔间产生纠缠态的方案，作者利用远程腔［3］提出一种制备GHZ态或W态的理论方案.然而，量子通道中噪音的影响［4～6］，长距离纠缠态的保真度会随距离的增加而减小，例如，对于光纤来说，光子的吸收和退极化几率会随着光纤长度的增加而指数式增长.因此，我们提出一种在噪音通道中实现远程节点之间产生多原子纠缠的方案，噪音参数与目标态的保真度是相互独立的.结果表明:此方案中制备的非最大纠缠态能用来完成量子通讯，此外，我们也把此方案推广到N量子节点.我们所考虑的原子能级结构及其演化过程如图1所示.囚禁在双模腔中的原子有两个简并的激发态|e r＞和|e l＞以及基态|g r＞和|g l＞，原子的跃迁|g l＞→|e l＞和|g r＞→|e l＞分别与腔的左圆偏振和右圆偏振相耦合(对应耦合常数均为|g＞)，对应的装置如图2所示.囚禁在三个双模腔中的三个远程原子分别作为节点1，2，3.在相互作用绘景中第k个腔对应的哈密顿量可写为其中，下标k表示第k个原子(腔);a l，k(a r，k)表示左(右)圆偏振腔模的湮灭算符;γ和k分别表示原子的自发辐射率和腔的耗散率(假定γi=γ，ki=k).因为这种方案中最大纠缠态的保真度不受噪音参数k和γ的影响，为得到三个原子的GHZ态，我们把三个原子和三个腔制备在态.因此，系统(包括原子和腔)随时间演化可示为考虑到耗散，我们得到态在时间t1时的成功几率为当光子通过四分之一波片(QWP)，左偏振或右偏振光子分别变成垂直或水平偏振，因此系统的态变为下面，我们将讨论怎样在远程节点之间产生纠缠，对应的方案如图2.光子从腔1，2，3中通过然后将经过极化分束器(PBSs)P1，P2，P3，而极化分束器的作用是:透射垂直偏振光而反射水平偏振光(所有PBSs都遵循此规律).因此，态|H＞通过短路径(S)传播，态|V＞通过长路径(L)传播，而半波片(HWP)把态|V＞变成|H＞或|H＞变成|V＞.假定S和L的时间差大约为纳秒数量级，即远远小于纤维中传播的波动时间，所以通过噪音通道时两个相近部分具有同样的影响［4～6］.光子通过50∶50分束器(BSs)A，N，M以后，系统的态可表示为其中，下标L和S分别表示光子k通过路径L和S;系数i是由分束器反射引起的相位移.为方便表示，我们假定所有进入通道1，2，3的光子具有同样的几率1.事实上，利用同样的设备输出口1’，2’，3’可以通过通道1’，2’，3’连接起来(对于节点4也相同).下面我们将表明在噪音通道中于不同节点间产生纠缠态，三个输出口对应的态均为|H＞，因此量子通道中噪音对脉冲的影响具有相同的形式，噪音通道可以表示为δk和ηk表示对应不同噪音通道中的参数.光子通过噪音通道后分别到达分束器B，F，H，对应的原子-光子系统变为噪音通道中我们选择三个纤维的路径长度满足条件:AB=NF=MH，即在三个通道中消耗的时间相同.显然，光子分别穿过分束器B，F，H后可能再次通过路径(L)或(S)，根据图2中的装置可得其中，下标hk或vk表示通过极化分束器C(G或I)后光子k沿垂直或水平方向的可能路径.例如，光子1通过极化分束器C后有可能沿路径v(CD')也有可能沿路径h(CJ')穿过.对于中心节点，路径长度的选择如下:因此，在时间t1+t2三个探测器可以同时响应，对应系统总的态(三个原子和三个探测器)为其中，Di表示第i个探测器被响应.式(11)中的项表示的是经过有限时间后到达探测器的态，其他项(到达探测器太迟或太早)被忽略掉.根据方程(11)，如果D1，D2，D3(D4，D5，D6)被响应，那么原子1，2，3将塌缩到GHZ态可见，所产生纠缠态的保真度与噪音参数是相互独立的.对于其他情况我们可以得到非最大纠缠态，例如D1，D2，D4被响应，原子的态将变为δ2(η3δ1|g l，1，g l，2，g l，3＞+δ3η1|g r，1，g r，2，g r，3＞).在图3中我们利用Wootters提出的Threetangle［7］研究了噪音对产生纠缠的影响.不失一般性，我们考虑了D1，D2，D4被响应时噪音可能的影响(设定δ3=δ1+Δ)，其中，Three－tangle可表示为δ1和Δ的函数，作为全局调整因子的噪音参数δ2可以去掉(其独立于Three－tangle).从图3中我们可以看出，原子1，2，3处于非最大纠缠态，当Δ=0时Three－tangle能达到最大值.总之，对于所有的测量结果，我们得到了最大纠缠态，其对应的成功几率为 P1［(δ1δ2δ3)2+ (η1η2η3)2］/32.我们也表明:非最大纠缠态也能实现量子通讯方案，例如:在中心控制者约翰(中心节点)的帮助下，三个用户(爱丽丝、鲍勃和查理)想相互通信(假定约翰是诚实的)，我们假定约翰得到N个安全的结果，而爱丽丝、鲍勃和查理分享量子系统的一组纠缠态.为确定信息是否被窃取，约翰随机地选择一些最大纠缠态作为取样，并且随机选择不同的测量基让三个用户测量他们的关联粒子.与量子密钥分配(QKD)相似［8］，爱丽丝、鲍勃和查理通告他们的测量结果并分析通讯的安全性.在约翰通知其探测结果后，如果信息没有被窃取，那么其中一个用户可通过测量其拥有的粒子，然后通过其他两个用户获得秘密信息，此秘密信息作为他们之间的原始密钥.需要指出的是:有一些探测结果(如D1 D4 D5)对应的全部系统不是一个纠缠态，所以我们就不能用他们来完成量子通讯.最后，我们也指出此方案的一些技术上的缺陷:此方案整个过程的完成需要确定时间τ1，因此需要一个透明的计数器，对于这种计数器来说，通过不同的腔我们能看到光子，这样我们就能得到时间τ1，当然，实际的操作过程还是相对困难的.然而，随着量子非破坏测量(QND)技术的发展［9］，我们相信在不久的将来这种方案能够实现.【相关文献】［1］ Greenberger G，Horne M，Zeilinger A.Bell theorem，quantum theory，and conceptions of the universe［M］.Kafatos M.(Kluwer，Dordrecht)，1998.［2］ Duan LM，Kimble H J.Efficient engineering ofmultiatom entanglement through single－photon detections［J］.Phys Rev Lett，2003，90:253601(1－4).［3］ Yu C S，Yi X X，Song H S，et al.Robust preparation of GHZ and W states of three distant atoms［J］.Phys Rev A，2007，75:044301(1－4).［4］ Yamamoto T，Shimamura J，ozdemir SK，et al.Faithful qubit distribution assisted by one additional qubitagainst collective noise［J］.Phys Rev Lett，2005，95:040503(1－4).［5］ Li X H，Deng FG，Zhou H Y.Faithful qubit transmission against collective noise without ancillary qubits［J］.Appl Phys Lett，2007，91:144101(1－3).［6］ Song J，Xia Y，Song H S.Quantum nodes forW－state generation in noisy channels ［J］.Phys Rev A，2008，78: 024302(1－4).［7］ Coffman V，Kundu J，WoottersW K.Distributed entanglement［J］.Phys Rev A，2000，61:052306(1－6).［8］ Bennett C H，Brassard G.Proceedings of IEEE International Conference on Computers，Systems and Signal Processing，Bangalore，India［M］.New York:IEEE，1984.［9］ Nogues G，Rauschenbeutel A，Osnaghi S，et al.Seeing a single photon without destroying it［J］.Nature(London)，1999，400:239－242.。
强耦合光学腔中量子光学效应的研究与应用
强耦合光学腔中量子光学效应的研究与应用引言：强耦合光学腔是一种特殊的光学系统，其中光子与量子发射体之间的相互作用达到了强耦合的程度。
在这种系统中，光子和量子发射体的能级结构发生了显著的改变，产生了许多有趣的量子光学效应。
本文将探讨强耦合光学腔中量子光学效应的研究与应用。
一、强耦合光学腔的基本原理强耦合光学腔是由一个光学腔和一个量子发射体组成的系统。
光学腔通常是一个封闭的空腔，其中的光子可以在腔内来回反射。
量子发射体可以是一个原子、分子或者量子点等，它们能够发射和吸收光子。
当光子与量子发射体相互作用时，它们之间的能量可以进行交换。
在强耦合光学腔中，光子和量子发射体的耦合强度远大于它们与外界的相互作用强度。
这种强耦合使得光子和量子发射体的能级结构发生了显著的改变，产生了新的能级和态。
二、强耦合光学腔中的量子光学效应1. 能级分裂在强耦合光学腔中，量子发射体的能级会发生分裂。
这是因为光子和量子发射体之间的能量交换导致了能级的重新排布。
这种能级分裂可以通过光谱测量来观察到，为研究量子光学效应提供了重要的实验手段。
2. 自旋-自旋耦合在强耦合光学腔中，量子发射体之间的自旋也会发生耦合。
这种自旋-自旋耦合可以通过光子的介入来实现，从而实现量子信息的传输和处理。
这为量子计算和量子通信等领域的发展提供了新的思路和方法。
3. 光子-光子耦合在强耦合光学腔中，光子之间也可以发生耦合。
这种光子-光子耦合可以通过量子发射体的介入来实现，从而实现光子的相互作用和调控。
这为光子学器件和光子逻辑门等领域的发展提供了新的机会。
三、强耦合光学腔的应用1. 量子信息处理强耦合光学腔可以用于实现量子比特的储存和操作，从而实现量子计算和量子通信。
通过调控光子和量子发射体之间的相互作用，可以实现量子比特之间的纠缠和操控，为量子信息处理提供了新的思路和方法。
2. 光子学器件强耦合光学腔可以用于制备高效的光子学器件，如单光子源、量子放大器和量子操控器等。
金刚石氮-空位中心Bell态的制备
特 的微 波可控 的能级结 构 ，从而 有希 望成 为实 现 固
态量 子信息 处理 的候选 系统之 一 。
量 子纠 缠是 量子 力学 最迷 人 的特性 之 一 ，它在
ｌ 模 型 和 理 论
考虑 ２ 个全 同的金刚石氮 一空位 中心 Ｎ － Ｖ１ 和Ｎ —
外表面 ，并与腔场通过渐进场耦 合。 ２ 个微环谐振腔
基金项 目 ： 湖南省教育厅科学研究基金资助项 目 （ １ ３ Ｃ ０ ３ ９ ） ，湖南工业大学教学改革基金资助项 目 （ ２ ０ １ １ Ｄ ４ ５ ）
作者简介 ：王国友 （ １ ９ ７ ４ 一） ，男 ，湖南 隆回人 ，湖南工业 大学讲师 ，湖南师范大学博士生 ，主要研究方向为量子光学和量子
１ 【 ｌ 。 ） ＝ ， ． （ ∞ ） Ｉ ｉ ） ＝ ， ｆ ｘ ｒ ｒ １ ， ｌ ） ＝ 一 ｌ 上 ） ， 、 ｌ ｌ ｆ ， 。 ） ： ， （ ） Ｉ ｉ ） ： （ ） Ｉ ） ： 一 Ｉ 尺 ） ， ‘ ９
式中： ｌ ） 和 ｌ 。 ） 分别表示光子的 输入态和输出态； Ｉ ） 和ｌ Ｒ ） 分别表示光子的 左旋偏振态和右旋偏
ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ｗｏ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｎ ｉ ｔ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ — ｖ ａ ｃ ａ ｎ ｃ ｙ （ Ｎ— Ｖ） ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ａ ｍｏ ｎ ｄ ｉ ｓ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｓ ｍａ ｄ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ
（ ５）
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阶梯型三能级原子—腔耦合系统中Fock态的产生
域 提 出 了许 多 产 生 非 经 典 光 的方 案 Ｌ ］ １ ，并 且 最 近 在实验上 也 实 现 了单 光 子 Ｆ ｃ ｏ ｋ态 的 产 生 ＿］ 侣 ．在 微 波 区 域 内 ，Ｆ ｃ ｏ ｋ态 的 制 备 是 基 于 Ｒ ｄ ｅｇ态 二 ｙ ｂｒ 能 级 原 子 的 真 空 Ｒａ ｉ 荡 ：如 果 开 始 处 于 激 发 态 ｂ 振 Ｊ 的原 子 穿 过 真 空 腔 ，其 有 效 的 共 振 原 子 一 相 互 ） 腔 作 用 时 间 ｔ 足 ｎ￡ ７ 满 一 ｆ ，其 中 ｎ 为 真 空 Ｒａ ｉ 率 ， ｂ频 那 么 该 耦 合 系统 将 从 Ｊ ， 态 演 化 到 ｌ ， 态 ．移 去 ） ０ ｇ） １ 原 子 后 即可 产 生 单 光 子 Ｆ ｃ ｏ ｋ态 Ｌ ．该 方 案 的 物 理 １ ］ 原 理 非 常 简 单 ，但 在 实 验 上 却 不 太 容 易 实 现 ，因 为 它 需 要 精 确 控 制 场 脉 冲 的 面 积 ．在 光 学 波 区 域 内 ， Ｆｃ ｏ ｋ态 的 产 生 是 基 于 Ａ 型 三 能 级 原 子一 耦 合 系统 腔
阶梯 型 三 能 级 原 子一 耦 合 系统 中 Ｆ ｃ 腔 ｏ ｋ态 的 产 生
龚 尚庆 ，冯 勋 立 ，徐 至 展
（ 国 科 学 院 上 海 光 机 研 究 所 强 光 光 学 实 验 室 ，上 海 ２ １ ０ ） 中 ０ ８ ０
摘 要 ：探 讨 了 阶梯 形 三 能 级 原 子一 耦 合 系统 中 由绝 热 跟 随 技 术 引起 的 光 子 Ｆ ｃ 腔 ｏ ｋ态 的产 生．结 果
考 虑 阶梯 形 的 Ｒｙ ｂ ｒ ｄ ｅ ｇ态 的 三 能 级 原 子 ，通 过 绝 热
跟 随技 术 ，探 讨 了 单 模 及 双 模 腔 ＱＥ 情 形 下 的耦 Ｄ
耗散下的单光子多轨道散射的相干控制
耗散下的单光子多轨道散射的相干控制光子路由器近年来发展迅速，作为信息的载体，光子具有比电子更适合的性质。
我们对于一个实际的单光子多轨道路由器模型进行了分析。
在实际应用中，系统总是会不可避免地在耦合谐振腔阵列或者是原子的能级上与环境发生耗散。
耗散会改变光子被原子散射后的透射率，反射率以及转换到另外轨道的概率，因此会对单光子路由器的工作性能产生影响。
在本文中，我们对于理想情况，介绍了Jaynes-Cummings模型以及紧束缚理论，在偶极近似和旋波近似下推导出了二能级原子与腔场相互作用的哈密顿量，并且在弱耦合条件下得到耦合谐振腔阵列的色散关系。
对于系统与环境的耗散，我们采用了准玻色子方法，消除了环境的自由度，将耗散情况下的哈密顿量转变为与理想情况下的哈密顿量一样的形式。
并讨论了在经典场存在与否的情况下，耦合谐振腔阵列或者是原子的能级的耗散对于光子传播的影响。
同时，研究了在耗散情况下两个腔阵列的耦合强度对于光子传播的影响，并与理想情况进行了对比。
关键词：单光子路由器，Jaynes-Cummings模型，准玻色子方法第一章引言1.1 光子路由简介近年来，量子信息科学在基础研究和技术发展方面发展迅速，例如已经可以运用到商业上的量子密码系统。
这些系统都是用于分配量子信息的量子通道的实际应用。
结合这些量子通道和提供基础处理和路由功能的量子节点需要很大的努力。
量子通道和量子节点的结合可以创造出当前似乎难以想象的量子网络。
与量子处理节点相联系的量子网络对于量子计算机的发展也有着光明的发展前景。
单光子路由器是一种基础的量子节点。
在单光子路由器中具有活跃性的元素是一个“人造原子”——一个与超导的传输线相耦合的量子比特。
对于电磁诱导透明现象的研究可以表明我们可以从一个入口到两个出口中的任意一个来路由单光子信号。
对于量子通道的一个很明显的要求是在较长距离分配量子信息的能力，而且对于速度也有一定的要求。
光子由于其速度快，稳定和容易制备，成为了量子通道的理想的信息载体。
Kerr介质中双模纠缠相干光场与Bell态原子相互作用系统的原子布居数演化
度对原子布居时间演化特性的影响．结果表明，当双原子体 系的初态为 Ｉ１ 时， ８。 ） 原子布居均
不随时间变化；当双原子体 系的初态为 ｆ ） ｆ 。或 ｆ。 且初始平均光子数达到一定值 时， ， ） 。 ）
ｉｖ ｓ ｇ ｔ ｄ ｂ ａ ｓ ｏ ｕ ｎｕ ｔ ｅ ｒ ｎ ｕ ｒ ａ ｔ ｏ ．Ｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｆｔ ｅ ａｏ ｃ ｉ ｉ ａ ｓａｅ ｎ ｅ ｔ ａｅ ｙ ｍｅ ｎ ｆｑ ａ ｔ ｍ ｏｙ ａ ｄ ｎ ｍｅ ｉｌ ｍｅ ｄ ｈ ｆ ｃｓ ｏ ｔｍｉ ｎ ｔ ｔｔ ，ｍｅ ｎ ｉ ｈ ｃ ｈ ｈ ｉ ｌ ａ ｐ ｏｏ ｕ ｅ ｓ ｏ ｅｄ，ｔ ｅ ｄ ｇ ｅ ｆ ｔ ｅ ｅ ｔ ｎ ｌ ｍｅ ｔｆｒ ｔ ｅ ｅ ｔｎ ｌｄ ｃ ｈ ｒ ｎ ｅ ｄ，ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｕ ｌ ｇ ｈ ｔ ｎ ｎ ｍｂ ｒ ｆ ｆ ｌ ｈ ｅ ｒ ｅ ｏ ｎ ａ ｇｅ ｎ ｏ ｎａ ｇ ｅ ｏ ｅ ｅ ｔｆ ｌ ｉ ｈ ｈ ｉ ｎ ｏ ｐｉ ｈ ｎ
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【国家自然科学基金】_大失谐_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
科研热词 量子光学 量子态保真度 远程态制备 贝尔基 腔量子电动力学 耗散常数 大失谐作用 大失谐 四体真正纠缠态 反聚束效应 反jaynes-cummings模型 压缩效应 任意相干叠加态 j-c模型 ising模型 cluster态
2014年 科研热词 量子数据总线 超导量子干涉仪 电路量子电动力学 大失谐相互作用 共振相互作用 deutsch算法 cluster态 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
科研热词 推荐指数 量子光学 1 超导量子干涉仪 1 超导传输线 1 绝热消除 1 纠缠浓缩 1 纠缠原子布居 1 相位协变量子克隆 1 有效哈密顿量 1 拉曼转换 1 大失谐相互作用 1 反tavis-cummings模型 1 双量子点分子 1 二项式光场 1 heisenberg-langevin方程 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
科研热词 推荐指数 腔qed 3 bell态 2 非传统几何相位门 1 隐形传态 1 量子隐形传输 1 量子通讯 1 量子纠缠 1 量子比特 1 部分转置矩阵负本征值 1 连续输运激光 1 超导量子干涉仪 1 自发辐射 1 耗散腔场 1 纠缠度 1 磁光阱 1 幺正变换 1 大失谐 1 多原子类猫态 1 受激辐射 1 双磁光阱 1 几率量子离物传态 1 冷原子 1 二能级原子 1 两原子 1 greenberger-horne-zeilinger 1 deutsch-jozsa算法 1 cont门 1 cluster态 1 (ghz)基测量 1
两原子三维纠缠态的一步制备
两原子三维纠缠态的一步制备
柴德康;张丽玲;林琪琪;商校;林功伟;林秀敏
【期刊名称】《福建师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(40)2
【摘要】基于单模腔囚禁两个里德堡原子系统,提出一步制备两原子三维纠缠态方案。
既节省制备时间和资源,又降低实验复杂性。
基于主方程的数值模拟结果表明,所制备的三维纠缠态对腔耗散和里德堡态耗散具有强的鲁棒性。
【总页数】5页(P97-101)
【作者】柴德康;张丽玲;林琪琪;商校;林功伟;林秀敏
【作者单位】福建师范大学物理与能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】O431.2
【相关文献】
1.利用腔衰减进行两原子纠缠态的制备
2.与腔场的耦合系数不同的两个级联三能级原子最大纠缠态的制备
3.制备两个三能级原子最大纠缠态的腔QED方案
4.三维两粒子赤道纠缠态的概率远程制备
5.在腔场中两原子共生纠缠度的变化及最大纠缠态的制备
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耗散耦合腔中制备Bell态
纠缠态作为量子力学的主要特征之一,在物理学各个研究领域都引起了广泛的兴趣,比如量子计算、量子通信和量子相变等。
然而在制备纠缠态的过程中,最大的障碍之一就是量子系统与其环境之间的相互作用所产生的耗散。
耗散容易引发量子退相干效应,对量子信息处理任务产生不利影响,降低量子信息的保真度,这种影响在实际情况下是不可避免的。
幸运地是,人们开始提出新的制备量子纠缠态的方案,这些方案的共同点是,将耗散做为一种资源来制备纠缠态,并在实验上得以实现。
因此人们开始有效利用耗散作为资源来制备纠缠态,这称得上是量子信息计算领域一个巨大的突破。
但是仅靠耗散并不能保证纠缠态的纯粹与稳定,因此人们开始采取纠缠纯化和反馈控制等其他手段来提高目标态的保真度。
基于大量理论与实践,我们发现基于量子跃迁连续监测的马尔可夫反馈方案能够提高具有两个驱动和集体衰减的量子比特模型中的稳态纠缠。
此后,人们开始大量利用量子反馈和耗散的组合方案来生成高保真度纠缠态。
在这些方案中,纠缠态的保真度在一定程度上仍然会受到原子自发辐射的影响,另外,由于原子被放置在同一个光学腔内,对单个原子实施相应操作变得很不方便。
为了克服这些问题,我们在量子跃迁反馈控制的基础上提出了我们的方案。
我们在一对耦合腔中分别设置了两个Λ型原子,这样使得对原子实施操作更加方便。
在整个过程中保持大失谐不变,从而绝热消除了原子的激发态,在一定程度上抑制了原子自发辐射对目标态保真度的影响。
最终,该系统可以稳定在目标态下,并且不需要精确控制演化时间。
与以往的方法相比,在制备单态的基础上,我们通过改变第二个原子的经典场的相对相位
可以获得另外三种贝尔态,对原子实施操作也更加方便,也更有效地减小了原子自发辐射对纠缠态保真度的影响。
并且我们还用具体的实验参数对相关参数进行了综合分析,并确认了基于量子跃迁的马尔可夫反馈控制在制备高保真度纠缠态方案中的重要性。