纠缠态的制备

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应用腔QED制备多比特纠缠态

应用腔QED制备多比特纠缠态
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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
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利用腔的输入输出过程制备多原子纠缠态

利用腔的输入输出过程制备多原子纠缠态


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
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s h me a y t e i lme t d c e se s o b mpe ne .

两比特纠缠态的制备方法

两比特纠缠态的制备方法

两比特纠缠态的制备方法
以下是 7 条关于两比特纠缠态的制备方法:
1. 利用激光来诱导呀!你想想,激光就像一把神奇的钥匙,能打开两比特纠缠态的大门呢!比如在实验室里,我们用特定频率的激光去照射那些粒子,哇哦,就有可能制备出两比特纠缠态啦!这多有意思呀!
2. 可以通过低温冷却的办法呢!这就好像把它们放进一个超级冷的冰箱里,让它们安静下来,然后慢慢形成纠缠态。

就像冬天的雪花慢慢飘落聚集在一起一样,低温能创造出神奇的效果哟!
3. 用特殊的材料做媒介呀!这不就跟我们找对了伙伴一起玩耍更开心是一个道理嘛!选择合适的材料,让粒子在其中愉快地“互动”,说不定两比特纠缠态就出现啦!例如用那种超级特别的晶体试试看呢!
4. 采用磁场调控呀!磁场就像一只无形的手,轻轻摆弄着粒子,让它们乖乖地形成纠缠态。

你看,就像我们用手去摆布玩具一样,磁场也能让粒子乖乖听话呢!
5. 试试量子点技术呀!量子点就像一个个小宝藏,能挖掘出两比特纠缠态的秘密呢!想象一下,在那小小的量子点中藏着巨大的能量,等着我们去发现,是不是很让人兴奋呀!
6. 借助量子波导啊!哎呀,这就好像给粒子修了一条专门的通道,让它们顺着这条路走,然后就形成纠缠态啦!这不就像我们走在特定的小路上会到达特定的地方一样嘛!
7. 运用光子晶体的方法呀!光子晶体就像一个神奇的魔法阵,能让粒子在其中产生奇妙的变化,进而制备出两比特纠缠态呢!这多像我们在魔法世界里探索呀!
我的观点结论就是:这些方法都很有趣也很有潜力,值得我们深入研究和探索呀,说不定能带来意想不到的惊喜呢!。

量子态的制备与控制技术

量子态的制备与控制技术

量子态的制备与控制技术量子态的制备与控制技术是量子信息科学中的重要组成部分,它涉及到如何准确地制备和控制量子系统的态,以实现量子计算、量子通信和量子模拟等应用。

本文将介绍一些常见的量子态制备与控制技术,并探讨它们的原理和应用。

一、量子态的制备技术1. 相干态制备技术相干态是量子计算和通信中的基本要素,它可以用来存储和传输量子信息。

常见的相干态制备技术包括:(1)纠缠态制备技术:通过将多个量子比特之间的相干性进行纠缠,可以制备出纠缠态。

纠缠态在量子计算和量子通信中具有重要的应用,可以实现量子比特之间的远程控制和信息传输。

(2)准粒子制备技术:准粒子是一种特殊的量子态,它具有类似于粒子的性质,但又不同于粒子。

准粒子可以用来模拟量子系统中的相互作用和动力学行为。

制备准粒子的常见方法包括通过激光和微波场的作用,将量子比特之间的相干性转化为准粒子的相干性。

2. 纯态制备技术纯态是指量子系统的态可以完全由一个波函数描述的状态。

制备纯态的技术包括:(1)量子干涉技术:通过将量子比特之间的相干性进行干涉,可以制备出纯态。

量子干涉技术在量子计算和量子通信中具有重要的应用,可以实现量子比特之间的干涉和信息传输。

(2)量子测量技术:通过对量子系统进行测量,可以获得量子系统的态信息。

量子测量技术在量子计算和量子通信中具有重要的应用,可以实现量子比特之间的信息传输和状态检测。

二、量子态的控制技术量子态的控制技术是指如何在量子系统中对量子态进行操作和控制,以实现特定的量子计算和通信任务。

常见的量子态控制技术包括:1. 相干态控制技术相干态控制技术是指如何对相干态进行操作和控制,以实现特定的量子计算和通信任务。

常见的相干态控制技术包括:(1)量子门操作:通过对量子比特之间的相干性进行门操作,可以实现量子比特之间的相互作用和信息传输。

(2)量子态传输技术:通过对量子比特之间的相干性进行传输,可以实现量子比特之间的信息传输和远程控制。

利用腔QED制备量子纠缠态的开题报告

利用腔QED制备量子纠缠态的开题报告

利用腔QED制备量子纠缠态的开题报告开题报告题目:利用腔QED制备量子纠缠态背景介绍:量子纠缠是量子力学中独特的概念,描述一对或多对量子系统在某些方面彼此紧密地耦合,并且彼此之间的测量结果是高度关联的。

纠缠态已成为量子信息领域中的一个重要资源,可用于实现量子计算,量子通信和量子光谱学等应用。

腔量子电动力学(QED)是量子光学和量子磁学的交叉学科。

它涉及原子在高品质(Q)因子实空腔内的非线性光学响应,这种响应导致原子光学时钟和具有单光子幅度的单光子源。

腔QED可以用于制备和操纵光子和原子之间的量子态,该技术在量子信息和量子计算中具有广泛的应用。

研究目标:该研究将探索使用腔QED制备量子纠缠态的机制。

具体研究目标如下:1. 研究利用腔QED制备简单系统的量子纠缠态的优点和局限性。

2. 开发新的腔QED系统来制备更复杂的量子纠缠态。

3. 实现更高级的量子测量来检测制备的量子纠缠态。

计划方法:为了实现上述研究目标,我们将使用以下方法:1. 搭建内置原子的高Q因子目标腔系统,以制备能被控制的为原子和光子的量子态。

我们将使用量子力学的时间演化来描述该系统,以及计算该系统的哈密顿算符,并使用类似Green函数的方案来计算含有耦合原子和腔的系统的完整时间演化。

2. 制备系统的初态为简单的原子和光子的组合,并通过原子和腔的耦合,演化到量子纠缠态。

我们将使用密度矩阵的形式来表示演化过程,并利用密度矩阵几何来研究纠缠态。

3. 使用高分辨率的光谱测量来检测制备的量子纠缠态。

我们将使用高分辨率的光谱方法(例如拉曼光谱)来测量腔QED系统所产生的光子态和原子态的频率,以确定纠缠度和纠缠的质量。

预期成果和意义:通过通过腔QED制备量子纠缠态,我们将实现以下成果:1. 可以制备具有高纠缠度的量子纠缠态,这些纠缠态可用于量子计算,量子通信和量子测量等应用。

2. 这项研究将有助于加深我们对腔量子电动力学,量子光谱学和量子信息的理解,为相关领域的研究提供新的元素。

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

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。

量子纠缠与量子隐形传态

量子纠缠与量子隐形传态

量子纠缠的定义和概述量子纠缠是量子力学中一个重要而神秘的现象,它涉及到两个或多个粒子之间的非常特殊的相互关系。

在经典物理中,我们习惯于将物体视为独立的实体,但在量子世界中,物体之间可以处于一种被称为纠缠的状态。

1.纠缠的定义量子纠缠是指当两个或多个粒子之间发生相互作用后,它们的状态将不再能够被单独描述,而是必须将整个系统作为一个整体来描述。

这意味着,对于一个纠缠态系统,我们无法独立地描述其中任何一个粒子的状态,而只能以整体的方式来描述系统的状态。

2.纠缠的特性•相互关联性:纠缠的粒子之间存在一种紧密的相互关系,当一个粒子的状态发生改变时,与之纠缠的其他粒子的状态也会立即发生相应的变化,无论它们之间的距离有多远。

•量子叠加态:纠缠态系统中的粒子可能处于一种叠加态,即它们同时处于多个可能的状态的叠加,直到被测量时才会坍缩为某个确定的状态。

•非局域性:纠缠现象表现出一种非局域性,即在粒子之间的相互作用发生后,它们之间的相互关系不受空间距离的限制。

这种非局域性违背了经典物理中的因果关系。

3.纠缠的测量在纠缠态系统中,对其中一个粒子的测量会立即影响到与之纠缠的其他粒子的状态。

这种测量结果的相关性远远超出了经典物理的解释范围。

例如,当我们对一个纠缠态系统中的一个粒子进行自旋测量时,它的自旋状态将立即确定,并且与与之纠缠的其他粒子的自旋状态发生相关变化,无论它们之间的距离有多远。

4.纠缠的应用量子纠缠在量子通信、量子计算和量子密码学等领域具有广泛的应用。

例如,利用纠缠态可以实现量子隐形传态,允许信息在两个纠缠粒子之间以超光速传递。

此外,纠缠态还在量子密钥分发、量子远程测量和量子纠错等方面发挥着关键作用,为未来的量子技术和量子信息领域带来了巨大的潜力。

量子纠缠的研究不仅为我们理解量子世界的基本规律提供了重要的线索,也为开发出基于量子力学的新型技术和应用打下了坚实的基础。

量子纠缠的实验验证量子纠缠是量子力学的重要概念之一,它的存在和性质在实验中得到了多次验证。

量子纠缠

量子纠缠

有一个经典通道—电话 2). Bob&Alice有一个经典通道 电话,用来交换测量信息 有一个经典通道 电话,

量子隐形传态
任务开始: 任务开始: 三个粒子构成复合系统的量子态: 1)三个粒子构成复合系统的量子态:
/φ >
用四个Bell Bell基表示这个复合系统的量子态 2) 用四个Bell基表示这个复合系统的量子态
A A

纠缠态的制备
目前制备纠缠态的主要方法有: 目前制备纠缠态的主要方法有:
1.自发参量下转换制备光子纠缠 自发参量下转换制备光子纠缠 2.腔量子电动力学法 腔量子电动力学法(QED) 腔量子电动力学法 3.离子阱法 离子阱法


量子纠缠的历史回顾
Einstein认为,QT对单次测量结果只能作统计性预言,这和抛掷钱币 认为, 对单次测量结果只能作统计性预言 对单次测量结果只能作统计性预言, 认为 时人们对字( 的结果只能作统计性予言的情况相似, 时人们对字(花)的结果只能作统计性予言的情况相似,表明人们对 量子测量过程认识和描述的不完备。 量子测量过程认识和描述的不完备。 50年代,隐变量理论。目的在于对量子力学中不能对某些观测量作出 年代,隐变量理论。 年代 精确预言的事实归结为还不能精确知道的隐变量。 精确预言的事实归结为还不能精确知道的隐变量。 1964年Bell不等式。局域隐变量理论结果满足 年 不等式。 不等式, 不等式 局域隐变量理论结果满足Bell不等式,而量子力 不等式 学的预言将超出Bell不等式的限制。一个量违背了 不等式的限制。 学的预言将超出 不等式的限制 一个量违背了Bell不等式为量子 不等式为量子 服从为经典的。不服从Bell不等式才与纠缠有关系 的,服从为经典的。不服从 不等式才与纠缠有关系

量子多体纠缠的制备与转化

量子多体纠缠的制备与转化

量子多体纠缠的制备与转化量子多体纠缠是量子信息科学中的一个重要研究方向,它在量子计算、量子通信和量子模拟等领域都有着广泛的应用。

在实际应用中,如何制备和转化量子多体纠缠态是一个非常重要的问题。

本文将介绍一些关于量子多体纠缠的制备与转化的方法。

一、制备量子多体纠缠态1. 纠缠交换纠缠交换是一种制备量子多体纠缠态的方法,它利用了量子纠缠的可传递性。

具体来说,纠缠交换是通过将多个纠缠对进行交换,从而制备出更大的纠缠态。

例如,可以将两个纠缠对进行交换,从而得到一个四粒子的纠缠态。

这种方法可以用于制备任意多个粒子的纠缠态。

2. 纠缠生成纠缠生成是另一种制备量子多体纠缠态的方法,它利用了量子纠缠的非局域性。

具体来说,纠缠生成是通过将多个局域的纠缠态进行合并,从而得到更大的纠缠态。

例如,可以将多个两粒子的纠缠态进行合并,从而得到一个多粒子的纠缠态。

这种方法可以用于制备任意多个粒子的纠缠态。

3. 光子纠缠光子纠缠是一种制备量子多体纠缠态的方法,它利用了光子之间的量子纠缠。

具体来说,可以利用光子的双光子纠缠态,通过对其中一个光子进行操作,从而制备出多个光子的纠缠态。

这种方法可以用于制备任意多个光子的纠缠态。

二、转化量子多体纠缠态1. 纠缠消解纠缠消解是一种将多体纠缠态转化为少体纠缠态的方法,它利用了量子纠缠的可分离性。

具体来说,纠缠消解是通过将多体纠缠态中的某些粒子进行测量,从而将多体纠缠态转化为少体纠缠态。

例如,可以将一个四粒子的纠缠态中的两个粒子进行测量,从而得到两个二粒子的纠缠态。

这种方法可以用于将任意多个粒子的纠缠态转化为少于它们的纠缠态。

2. 纠缠切割纠缠切割是一种将多体纠缠态转化为两个或多个少体纠缠态的方法,它利用了量子纠缠的可分离性。

具体来说,纠缠切割是通过将多体纠缠态中的某些粒子进行测量,从而将多体纠缠态分解为两个或多个少体纠缠态。

例如,可以将一个四粒子的纠缠态中的两个粒子进行测量,从而得到两个二粒子的纠缠态。

量子纠缠态制备

量子纠缠态制备

量子纠缠态制备量子纠缠态制备,是指在量子力学中,通过一定的操作使两个或多个量子系统之间产生特殊的关联关系。

这种关联关系被称为纠缠态,它具有一种非经典的特性,即当一个系统的状态发生变化时,与其纠缠的系统的状态也会立即发生相应的变化,不论这两个系统之间的距离有多远。

纠缠态制备是量子计算和量子通信等领域中的重要基础技术之一,对于实现量子超越计算和实现安全的量子通信具有重要意义。

在量子纠缠态制备中,常用的方法包括引入观察者、量子测量和量子门操作等。

首先,引入观察者是纠缠态制备的一种常见方法。

在实验中,通常通过粒子与光子或其他粒子之间的相互作用来制备纠缠态。

例如,可以利用自旋相对关联的原理,将两个自旋1/2的粒子A和B置于同一纠缠态中。

在实验中,我们可以经过一系列的操作,使得A和B的自旋朝向相互关联起来,进而形成纠缠态。

这种观察者的介入方式可以实现远距离的纠缠态制备,并且制备的纠缠态可以在任意距离上进行传输和操控。

其次,量子测量也是纠缠态制备的重要方法之一。

在测量过程中,我们可以通过选取适当的测量基,测量两个或多个粒子的某个物理量,如自旋,位置等,从而实现纠缠态的制备。

例如,在自旋纠缠态的制备中,我们可以通过测量两个自旋1/2的粒子的自旋在某一方向上的投影,来制备自旋纠缠态。

这种方法具有操作简单、可行性强的优点。

最后,量子门操作也可以用于纠缠态的制备。

量子门操作可以将纠缠态作为输入,并产生一个新的纠缠态作为输出。

例如,控制非线性门操作(CNOT门)可以将两个粒子A和B的量子态进行纠缠,并得到新的纠缠态。

利用量子门操作可以在量子计算和量子通信中实现复杂的纠缠态制备。

总结起来,量子纠缠态制备是通过一系列的观察者引入、量子测量和量子门操作等方法,使量子系统之间产生特殊的关联关系。

这种关联关系被称为纠缠态,并具有非经典特性,可以在任意距离上进行传输和操控。

纠缠态制备为量子计算和量子通信等领域的应用提供了基础,对于实现量子超越计算和实现安全的量子通信具有重要意义。

量子纠缠态制备

量子纠缠态制备

量子纠缠态制备
【原创版】
目录
1.量子纠缠态的概念及其在量子信息领域的重要性
2.量子纠缠态的制备方法
3.量子纠缠态在前沿领域的应用
4.结论:量子纠缠态制备的重要性和前景
正文
量子纠缠态制备在量子信息领域中具有重要意义,它在诸如量子隐形传态、量子密钥分发、量子安全直接通信等前沿领域发挥着关键作用。

量子纠缠态是指两个或多个粒子之间在某些物理属性上存在的强相关性,这种相关性超越了经典物理学的范畴。

目前,制备量子纠缠态的方法有很多,如光子纠缠态、正负电子纠缠态等。

其中,正负电子纠缠态是一种常见的纠缠模型。

这种纠缠态可以通过将正负电子对经过集成电路中的空穴穴位来实现。

此外,还有其他制备量子纠缠态的方法,如利用冷原子系综和光晶格等。

量子纠缠态在许多前沿领域都有广泛的应用。

在量子通信领域,量子纠缠态可以用于实现量子密钥分发,从而保证通信的安全性。

在量子计算领域,量子纠缠态可以用于实现量子算法,如量子隐形传态和量子搜索算法等。

此外,量子纠缠态还在量子传感、量子成像等领域发挥着重要作用。

总之,量子纠缠态制备在量子信息领域具有重要地位,其在前沿领域的应用也日益广泛。

随着量子科学技术的快速发展,量子纠缠态制备的重要性和前景将更加明显。

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六原子纠缠态的制备

六原子纠缠态的制备

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第 2期
20 0 2年 4月
娄 底 师 专 学 报
J u n l fLo d a h r l g o r a u iTe c e sCol e o e
No .2
A p ., 0 r 2 02
_
三一
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原 子 纠 缠 态 的 制 备



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L儿,Zo g—i g n lan
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Ab ta t A  ̄ e o p e a i g s x— a o e t n l d s a e s pr s ntd. I i a e n a o — c v t fed i t r c i n Fis l s r c : s h me f p rn i r t m n a g e t s i e e e g t sb s do t m a iy il n e a to s r ty

量子纠缠态的制备

量子纠缠态的制备

量子纠缠态的制备Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】量子纠缠态的制备摘要:量子纠缠是量子信息中最重要、也最为神奇的一个课题.量子纠缠是一种有用的信息“资源”,在量子隐形传态、量子密集编码、量子密钥分配以及在量子计算的加速、量子纠错、防错等方面都起着关键作用.在量子信息中,信息的处理离不开量子态及其演化.而量子纠缠态毫无疑问是各种量子态中最为重要的一种.它可用于检验量子力学的基本原理,而且也是实现量子通信的重要信道.所以,纠缠态的制备和操作就显得尤为重要,文章简要介绍量子纠缠态的定义、量子纠缠态的度量及分类、量子纠缠态的制备,并介绍纠缠态的一些应用.关键字:量子纠缠;腔QED;离子阱;生成纠缠;蒸馏纠缠Quantum Pestering Condition PreparationAbstract: The quantum entanglement is one of the most important subject, and also the supernatural part of quantum information science. As an important quantum resource, the entangled states are playing the key role in many sorts of quantum informationp r o c e s s,f o r e x a m p l e,q u a n t u m t e l e p o r t a t i o n,q u a n t u m d e n s e coding, and quantum key dist- ribution as well as quantum computation acceleration, the quantum correct-error, guard-errora n d s o o n.I n q u a n t u m i n f o r m a t i o n s c i e n c e,i n f o r m a t i o np r o c e s s i n g c a n n o t l e a v e t h e q u a n t u m s t a t e a n d i t’s t h e e v-olution. But quantum entanglement condition is without a doubt in each kind of quantum state the most important one kind. It may use in examining the quantum mechanics the basic principle, m o r e o v e r a l s o r e a l i z e s t h e q u a n t u m c o r r e s p o n d e n c e i m p o r t a nt channel. Therefore, the pestering condition preparation and the o p e r a t i o n a p p e a r s e s p e c i a l l y i m p o r t a n t l y,a r t i c l e b r i e f introduction quantum entanglement condition definition, quantum e n t a n g l e m e n t c o n d i t i o n m e a s u r e a n d c l a s s i f i e d,q u a n t u m e n t a n g l e m e n t c o n d i t i o n p r e p a r a t i o n,a n d i n t r o d u c t i o n e n t a n g l e m e n t c o n d i t i o n s o m e a p p l i c a t i o n s. Key word: Quantum entanglement; Cavity QED; Ion trap;Formation of entanglement;Disillation of entanglement毕业论文题目:量子纠缠态的制备系别: 物理与电子工程系学科专业: 物理学姓名: 许军霞指导教师: 苏晓琴运城学院2006 年 06 月学士学位论文系别:物理与电子工程系学科专业:物理学姓名:许军霞运城学院2006 年 06 月目录1引言 (1)2量子纠缠 (1)量子纠缠态的定义 (2)量子纠缠态的度量和分类 (3)3纠缠态的制备 (5)在自发参量体系下制备纠缠态 (6)3.1.1制备双光子纠缠态 (6)3.1.2制备三光子纠缠态 (7)在QED中制备纠缠态 (9)3.2.1双原子纠缠态的制备 (9)3.2.2三原子纠缠态的制备 (10)离子阱中制备纠缠态 (10)4纠缠态的应用 (11)5结束 (13)致谢 (14)参考文献 (14)1 引言在量子信息中,信息的处理离不开量子态及其演化.而量子纠缠毫无疑问是各种量子态中最为重要的一种. 纠缠态做为一种重要的“量子资源”,近年来随着量子信息学的蓬勃发展得到了广泛的应用.诸如成功的应用于量子密钥分配,量子密集编码,量子隐行传态,量子纠缠码,量子计算领域.由于多子系统纠缠态具备很多两个子系统所不具备的性质,而且,随着日益发展的实验技术,使得对于量子纠缠态的制备更为深化.这不仅关系着量子纠缠本质的问题,还有助于人们对量子力学基础理论的理解.更能开发出许多神奇的应用.量子纠缠是量子信息学中最重要也是最为奇特的一个课题.在量子信息学中,量子纠缠在量子信息学的两大领域---量子通信和量子计算中都有着广泛的应用.要实现量子计算首先就要实现两比特逻辑门,通常是受控非门(CNOT),这种逻辑门事实上就是将两个量子比特纠缠起来的过程.除此之外,量子纠错码方案通常也要使用量子纠缠态.在量子通信中,使得纠缠态具有重要意义的主要是量子隐形传态技术.甚至有人认为在某种意义上可以将量子通信等价于异地纠缠态的建立,操纵和测量.另一方面,为了检验局域隐变量理论,人们对制备和操纵纠缠态产生了浓厚的兴趣.两个两态粒子能够实现 Einstein, Podolsky和Rosen (EPR)对,并且通过违背Bell不等式,从而否定了局域隐变量原理.近年来,Geenberger等人制备了三或更多粒子纠缠态,即(GHZ)态,这种纠缠态给出了一种新的局域隐变量原理与量子理论矛盾,它不需要违背Bell不等式,就可以对局域隐变量进行检验.正因为它有这种特性,最近,Cirac等人,Haroche,Gerry以及zheng 等人分别通过腔QED制备了GHZ态.2004年2月德国Bourennane等人成功制备了偏振光子三个和四个量子比特纠缠[]1.同年,我国科技大学潘建伟教授首次制备了5光子纠缠态,标志着我国对粒子纠缠领域已经超过了美国,英国,奥地利等发达国家,达到了国际领先水平.本文将介绍量子纠缠态的定义、量子纠缠态的度量及分类、量子纠缠态的制备,并介绍纠缠态的一些应用及发展概况.2 量子纠缠量子纠缠态的定义近些年来,随着量子信息这一新兴领域的蓬勃发展,量子纠缠逐渐成为人们的热门话题.但是它并不是什么新鲜事物.“纠缠”一词的出现可追朔到量子力学诞生之初.从量子力学诞生之日起,围绕量子力学中对其基本原理的诠释和对其基本概念的理解的争论就从未间断过.争论发生在以爱因斯坦为代表的经典物理学家和以玻尔为代表的哥本哈根学派之间,争论的核心实质上是涉及“纠缠态”以其展现出的非局域关联.最近20年来,由于实验技术的巨大进展,这些争论已不再停留在思辩阶段,而是可以依靠实验来验证,并由此引发了量子信息学的理论与实验的蓬勃发展.那么,怎样的量子态才算纠缠态呢中国科学院院士郭光灿打了一个形象的比喻: “就像一个母亲和她的女儿,分别居住在中国和美国.在美国的女儿怀孕了,当她生孩子的一瞬间,哪怕远隔千山万水,不用电话通知,远在中国的母亲就顺理成章地变成了外婆.” 即两个粒子无论分开多远,对其中一个粒子操纵或者作用,必将影响另一个粒子的态.”所谓纠缠态,是指复合系统的一种特殊的量子态,它在任何表象中,都无法写成两个子系量子态的直积形式.为了方便理解,考虑到由A 和B 两个子系统组成的二体系统(A 和B 均为纯态).设A 的本征态矢为ψA ,B 的本征态矢为ψB ,若(A+B )这个复合系统的本征态矢ψAB 不能表示成ψA 与ψB 的直积形式时,则称纯态ψAB 为一纠缠态.即: ψψψ⊗≠B A AB .[]2(1) 当考虑到混态情况时,可用密度矩阵来表示,即: ρρρB A AB ⊗≠(2)如果: ,1100B A B A AB βα+=ψ 122=+βa , (3)就是纯态情况下的一个纠缠态.下面我们以自旋分别为21的两粒子体系的最大纠缠态——Bell 基为例,来说明纠缠态的含义.对于两个两粒子的量子系统,存在如下四个量子态,即Bell 算符的本征态:()110021212112±=Φ±(4a ) ()011021212112±=ψ± (4b)假设我们有两个只有两个量子态的原子1和2,它们可以处在(4b )式其中之一的叠加态,()011021211221-=ψ-,其中 1021表示原子1处于态0,原子2表示原子1处于态1,原子2处于0.当这两个原子处于叠加态处于态1.0121ψ±时,我们说这两个原子处于纠缠态,因为这是我们只知道一个原子处于0态,一个原子处于态1,然而,并不知道哪个原子处于态0,哪个原子处于态1.原子1有可能处于态0,也可能处于态1,同时原子2也有可能处于态0,也有可能处于态1.因此,这两个原子是纠缠在一起的.因为纠缠态的每一分量均由两个粒子的单态0和1构成,所以处于纠缠态10的两个粒子有一个奇妙的特性:一旦测量确定了其中第一个粒子的状态0,纠缠态对应的波函数便塌缩到它所相应的分量1,从而瞬间决定了另一个粒子状态1,这时即使两粒子间的空间距离很遥远(几米,几千米或几万米),人们原则上也能在瞬间由一个粒子的状态确定另一个粒子的状态.比如对处于态0的两原子系统,若对原子1进行测量,结果发现它处于0态,则马上知道1原子2处于1态.这就是被爱因斯坦称之为“遥远距离的地点间的幽灵般的相互作用量子纠缠态的度量和分类当两地分享了一定量的纠缠态的时候,纠缠的所有者们可以通过对纠缠态做局域操作并辅以经典通信的手段来行使量子通信、量子计算的功能,如量子隐形传态、量子密钥分配等等,这都是要以消耗两地共享的纠缠态为代价的.所以,在量子信息中,纠缠经常被看作是一个非局域的源.于是,如何对纠缠定量化就被提升到一个很重要的地位.当今,人们已广泛使用四个Bell态作为定量化两子系系统纠缠的标准,每个Bell态的纠缠度定义为1,也称为一个ebit(纠缠比特).所谓纠缠度,就是指所研究的纠缠态携带纠缠的量的多少. 纠缠度的提出为不同的纠缠态之间建立了可比关系.目前,对两子系复合系统中纯量子态的纠缠定量化工作已经完成.对于一个两子系的纯量子态ψAB ,它的纠缠度等于任一子系统约化密度矩阵的Von Neumann 熵()()ρB A S []3.即:()()ρρB A P S S E ==.子系(比如说A) Von Neumann 熵的求法是:先求出子系约化密度矩阵ρρAB B A Tr =的所有本征值{}p i ,则()P P i ii AB S log 2∑-=ρ.两子系复合系统的一个特征是它可以进行Schmidt 分解.比如说一个m×n维的复合系统,不妨令m≤n,则此系统中的任一纯态ψAB 可以写成:i i p B A m i i AB `1∑ψ==, 这里{}i A 与{}i B `分别为A 与B 子系m维空间中的一组正交基.由此我们可以看出两个子系统的Von Neumann 熵是相等的.注意,也仅有两子系复合系统中的纯态才一定可以展成Schmidt 分解的形式,对多子系复合系统中的纯态Schmidt 分解不再必要,于是,单个子系的Von Neumann 熵也无法完全刻画多子系系统的纠缠.定量化纠缠的困难在于混和态纠缠度的定义.由于在混合纠缠态中,量子关联成分和经典关联成分杂糅在了一起.我们可以把经典关联看作是量子关联的“噪声”,“噪声”过大就会湮没量子关联成分. 美国科学家Bennett 等人提出了生成纠缠(formantion of entanglement )和蒸馏纠缠(disillation ofentanglement []4的概念.生成纠缠()ρAB F E 定义为:通过局域操作和经典通信过程,为制备纠缠态ρAB 所消耗掉Bell 态的最小数目,即如果制备ρAB 的n份拷贝需要k 个Bell 态,则生成纠缠()n k E n AB F minlim ∞→=ρ. 类似地,蒸馏纠缠()ρAB D E 定义为:通过局域操作和经典通信过程,可以从ρAB 中提取出的Bell 态的最大数目, 即,有n份ρAB 的拷贝,可从中提取k `个Bell 态,则()n k E n AB D `maxlim ∞→=ρ. 生成纠缠和蒸馏纠缠的关系是:E E D F ≥,当考虑的态为两子系复合系统的纯态时,()()()()ρρρB A AB D AB F S E E ==.通常人们把通过局域操作和经典通信的手段,从部分纠缠态中提取最大纠缠态的过程叫做纠缠纯化(purification of entanglement ).如果部分纠缠态为纯态,则称为纠缠浓缩.纠缠纯化所依据的思想是:在局域操作和经典通信的前提下,纠缠的期望值不能增加.这一结论隐含了不能通过局域手段从非纠缠态的系综中获得纠缠态,但这并不能排除利用局域操作和经典通信从一个部分纠缠态的系综中挑出一个子系综,使其拥有更大的平均纠缠.从E D 的定义可以看出, E D 的获取依赖于最佳的纠缠纯化方案.目前,人们尚未能找到通用的最佳纠缠纯化方案.所以,在绝大多数情况下,仅能给出E D 的上限.同样,对生成纠缠的研究也仍在继续,Wootters 给出了2×2系统纠缠态生成纠缠的解析求法,但如何求解更高维系统量子态的生成纠缠,迄今仍然是一个未解的难题.以上的两种纠缠度定义分别反映了混和态的两个不同的方面.尤其是蒸馏纠缠,联系着具体的纠缠纯化操作,是一个与量子信息的实际应用紧密相关的物理概念.在承认蒸馏纠缠是一种好的纠缠度定义的前提下,Horodecki 父子证明了任何一个满足ρAB 三组纠缠假定的纠缠度()ρE 必须满足:()()ρρE E F D E ≤≤.我们在上面已给出了纠缠态的定义,但这种定义是非常形式化的.一般情况下,当我们拿到一个具体的密度矩阵的时候,我们不知道它是否具有子系密度矩阵的直积形式的分解,也就是说,我们不知道它是纠缠的还是非纠缠(可分)的.最先研究这个问题并取得重要进展的是Peres,他给出了判别两子系系统的量子态为可分的必要条件.这个必要条件是这样陈述的:两子系系统可分量子态ρAB 的部分转置矩阵σAB 为半正定.这里σAB 与ρAB 矩阵元的关系为ρμρννσμσμμμn mv B A B A B A B A n m n m n m ,,===,此条件可以作为判别纠缠态的充分条件.即,如果我们发现一个密度矩阵的部分转置矩阵带有负的本征值,我们就可以判定这个量子态为纠缠态.人们将部分转置为负定的情形简记为NPT,相反,部分转置为半正定则记为等人证明了PPT是一个与不可蒸馏性紧密相关的概念.任何一个带有PPT特性的两子系复合系统的量子态,即使生成纠缠为零,但蒸馏纠缠为零,即我们无法通过局域操作和经典通信的手段从中提取Bell态.Horodecki 将这种态称为“束缚纠缠态”.这直接导致了纠缠态的分类,我们将束缚纠缠态以外的纠缠态统称为“可蒸馏的纠缠态”.最新的研究成果表明,即使是NPT的纠缠态也存在束缚纠缠态的情况.由于无法从束缚纠缠态中蒸馏出Bell态,所以束缚纠缠态不能胜任Bell态在量子通信中所扮演的角色.但束缚纠缠态的存在,揭示了自然界更为深刻的一面,即信息的不可逆过程,这很类似于热力学中的熵增加现象.近来,关于束缚纠缠态的研究被普遍开展.人们发现在束缚纠缠态中存在一种“纠缠激活”的有趣现象.即当两地分享某种可蒸馏的纠缠态的同时也分享一定量的束缚纠缠态,在这种情况下,束缚纠缠态可以起到一定的“抽运”作用,使可蒸馏纠缠态具有更强的隐形传态能力.另外,某些高维情况下的束缚纠缠态,其隐形传态的能力也高出了经典限制.3 纠缠态的制备量子纠缠态在量子隐行传态,量子密集编码,量子密码通信以及量子计算方面具有极其重要的地位,因此量子纠缠态的制备是量子信息领域中的关键问题.要把所以处于直积态的两个或更多的微观体系纠缠起来,需要有可控的相互作用.目前,在一些物理系统中实现了纠缠态的制备,例如:非线性光学系统[]5,腔量子电动力学(QED)系统[]6,离子阱系以及最近实现的原子集团的纠缠.目前,对于两粒子体系,最成功的是在非线性光学系统利用自发参量下转换实现的双光子纠缠.下面简单介绍一下自发参量下转换制备光子纠缠和腔QED 中制备原子纠缠的方案以及离子阱中制备纠缠态. 在自发参量下转换制备纠缠态自发参量下转换是晶体的非线性作用过程,非线性作用强度由非线性晶体的电化强度决定的:()()()()()()()()()+∑+∑+∑=ωωωωωωω322132121E E E E X E E X E X p l j k j ijkl k j ijk j ij i ·······其中,参量的转换由中间的二阶非线性作用产生 ,高阶项非常的小,可以忽略,此过程必须满足能量守恒定律,即:ωωωi s p +=, →→→+=k k k s i p(5)此(a)式也称为相位匹配条件.ωp ,ωs ,ωi 和→k p ,→k s ,→k i 分别表示泵浦光,信号光和休闲光的频率和波失.由于晶体的双折射导致不同的偏振光在晶体的折射率不同,以及晶体的色散作用可以使得在某些晶体中的位相匹配得以满足,可以选择适当的非线性晶体来实现自发参量下转换. 3.1.1制备双光子纠缠态我们利用连续波激光束泵浦非线性晶体的自发参量下转换过程制备出双光子偏振纠缠态.将一束浦光入射一非线性晶体BBO 上,就会产生一对纠缠的光子对.自发参量下转换是晶体的非线性作用过程,根据晶体的位相区配的类型,可将参量下转换分为I 型和II 型,下面分别介绍这两种类型的征.(以负单轴晶体为例).I 型参量下转换的过程可以表示为 o o e +→ ,也就是产生的双光子偏振相同且均垂直泵浦光的偏振方向.产生的参量光的空间分布以泵浦光为轴成锥状分布,如图(1)所示:图(1) I 型自发参量下转换这种类型产生的是在时间,空间和频率上纠缠的双光子态.II 性型参量转换[]7可表示为 o e e +→ ,即产生的双光子对偏振方向互相垂直.II 型参量下转换通常采用频率简并情况,这时,可产生偏振纠缠双光子对.如图(2)所示,图 (2) II 型参量下转换参量光在非线性匹配时的分布分为两个圆锥,图中上半圆为e 光,下半圆为o 光,其交叉的两点则可能是e 光或o 光.这样,在这两个方向上的一对光子就形成了偏振纠缠光子态.1999年Kwait 等人提出了一种新方法产生偏振纠缠光子对.他们采用I 型非共线相位匹配的BBO 晶体,粘合时,两块晶体的光轴置于互相垂直的两个平面内.当以一束偏振的 浦光入射这个组合晶体时,就会产生一对偏振纠缠的光子对.这种方法一个很大的优点,就是方便的产生非最大纠缠态,只要改变浦光的偏振状态即可.[]8用这种方法制备纠缠态,其纠缠源亮度和纠缠度都接近于国际上同类研究的领先水平.此外,我们的纠缠源还具有参数可调谐的特点,即它不仅能产生常用的最大纠缠态,还能很方便的产生各种纠缠度的非最大纠缠态,其纠缠度是便于控制的,这为研究纠缠态的各种性质变化提供了有力、方便的工具.利用这种纠缠源,我们还制备了量子信息学中另一种重要的混合态纠缠态---Werner 态,采用的方案使得Werner 态中纠缠的成分是可控制的.Werner 态可直接用于纠缠纯化的实验研究,这对于量子通信从理论研究到实验研究甚至实用化研究都有重要的作用.3.1.2制备三光子纠缠态[]8一束泵浦光入射到一非线性晶体BBO 上,就会产生一对纠缠的光子对[]9.现在,如图C 所示,假设光源A 和B 入射晶体后,各产生一对纠缠光子对,即可表示为:()VV HH A212121+=Φ(6a)()VVHH B434321+=Φ(6b)图 (3) 制备三光子光路图图中A 和B 为产生纠缠光子对的两个光源. PBS 是偏振光束器它能是它能使水平偏振的光子通过,而反射垂直偏振光子,如图(4)所示(1)水平偏振光子入射 (2)垂直偏振光子入射图 (4) 光子入射偏振光束分束器PBS 的示意图四个光子的态可以表示为:()()VVH HVV H H B A 43432121121++=Φ⊗Φ=ψ(7a)经过PBS1后,整个系统的态为 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+++=ψH HVV VVHHVVVV H H H H 4321432143214321221 (7b )让光子2经过4s 透射和-45 反射的偏振光束分束器PBS.当且仅当单光子探测器D T 1测到一个光子时,光子1,3和4将坍塌为如下纠缠态:()VVV H HH 431431321+=ψ(7c )同样,当且仅当单光子探测器D T 2探测到一个光子时,光子1,3和4将坍塌 如下纠缠态: ()VVVHHH41431421-=ψ(7d)因此,通过单光子探测器分辨是否探测到光子,就可以制备三光子纠缠态,即GHZ 态.在腔QED 中制备原子纠缠态 3.2.1制备双原子纠缠态一个双能级原子等同于一个自旋为21的一个粒子,而且对原子的探测效率可基本上达到 10000 ,此外,原子在空间上容易分开.因此,在腔量子电动力学中制备纠缠态是一个很有意义的课题.在腔QED 中,原子—光腔系统的量子态演化可以用Jaynes —Cummings 模型来描述.Phoenix 等人,Kudryavtseu 等人和Cirac 等人分别提出了制备两原子EPR 态.1997年巴黎高等师院课题组在实验上成功地制备EPR 态.采用的方法是将一个初始处于激发态e 的原子注入初始为真空的光腔,经过2π的Rabi 旋转,就得 ()1,0,211g e +=ψ (8a )为了读出光场的状态,需要再有一个处于基态g 的原子进入光腔,经过一个位相π的Rabi 旋转,两个原子就处于下面的纠缠态:()eg ge ,,212-=ψ(8b)以上这些方法是在原子与光场发生共振相互作用情形下产生的.2000年Zheng 和Guo 提出了将两个双能级原子直接注入一个非共振腔场,用以制备双原子纠缠态的方案.此后巴黎高等师院的课题小组将此理论方案在实验上已经取得了成功.接着,这一理论又被推广到多个原子纠缠态的制备上[]10.3.2.2制备三原子纠缠态对于三原子纠缠态的制备,Cirace 等人提出了一种新方案,用以制备三个两能级原子的最大纠缠态: ()g g g e e e GHZ,,,,21±=ψ (9)在此方案中,一个单膜腔场首先被制备到如下的福克叠加态:()3021±=ψf (10) 然后,三个与腔膜共振的双能级原子被逐个的注入腔中.这些原子初始时都处于基态,对于每一个原子的速度做适当的选择,最后,三个原子将被制备到GHZ 态上,而腔膜则处于真空态.上述过程实际上是光场的相干性(量子信息)向原子转移的过程.Zheng 和Guo 提出了基于Raman 型的Jaynes —Cummings 模型制备三原子GHZ 态的方案. 与上述方法不同在于初始光场制备在0与1的叠加态.另外利用∧型三能级原子的两个低能级之间的纠缠,这样,这些原子的自发发射可以得到很好的抑制,因而,系统的相干性可以达到较好的保持.在实验上,2000年巴黎高等师院的课题小组制备了三原子GHZ 态.2002年Zheng 和Guo 提出了一种方案制备W态.在这个方案中,腔场和腔中的原子状态演化可以用Jaynes —Cummings 哈密顿量描述: ()ασσαωααωσ+-++-Ω-⎪⎭⎫ ⎝⎛++=221 iH zeg []11(11) 腔C 初始处于真空态0,第一个原子A1初始处于激发态e 1,将其注入腔中,相互用演化相位为⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=Ω32arcsin 221πt ,当A1从腔中飞出后,将初始处于基态g 2的原子A2注入腔中,令演化相为22π=Ωt .第三个原子A3初始处于基态g 3,在A2飞出腔后,A3进入腔中,演化相为π=Ωt 3.这是三原子为W 态,而腔场为真空态. 离子阱中制备纠缠态离子阱中的两离子纠缠态于1998年在美国Boulder 的NIST 的一个实验室里实现的.这一实验中,以椭圆Paul 阱中铍离子作为量子比特的载体,量子比特的状态为:,2,12122↓≡==m S S F F ↑≡==1,12212m S S F F . (12)通过离子在阱中的振动模式与两个能级的藕合,可以操纵两个两个离子的能级偶合起来.由于3,32232==→↓m S S F F .这一过程可以在σ+偏振的激光控制下完成.实验上可以以90%的探测效率区分单个离子的状态是处于↑还是↓.这一实验制备的并非标准的Bell 态,而是下面的态:()↑↓-↓↑=ΦΦψ5453e i e []12 (13)4 纠缠态的应用量子特性在信息领域中有着独特的功能,在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面可能突破现有的经典信息系统的极限,因而量子力学便首先在信息科学中得到应用,一门新的学科分支———量子信息学也应运而生.该学科是量子力学与信息科学相结合的产物,是以量子力学的态叠加原理为基础,研究信息处理的一门新兴前沿科学.量子信息学包括量子密码术、量子通信、量子计算机等几个方面,近年来在理论和实验上都取得了重大的突破.量子计算机量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置.当某个装置处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法时,它就是量子计算机.量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究.研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题.在经典计算机中,基本信息单位为比特,运算对象是各种比特序列.与此类似,在量子计算机中,基本信息单位是量子比特,运算对象是量子比特序列.所不同的是,量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上, 而且还可以处于纠缠态上.这些特殊的量子态,不仅提供了量子并行计算的可能,而且还将带来许多奇妙的性质.与经典计算机不同,量子计算机可以做任意的幺正变换,在得到输出态后,进行测量得出计算结果.因此,量子计算对经典计算作了极大的扩充,在数学形式上,经典计算可看作是一类特殊的量子计算.量子计算机对每一个叠加分量进行变换,所有这些变换同时完成,并按一定的概率幅叠加起来,给出结果,这种计算称作量子并行计算.除了进行并行计算外,量子计算机的另一重要用途是模拟量子系统,这项工作是经典计算机无法胜任的.迄今为止,世界上还没有真正意义上的量子计算机.但是,世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想.如何实现量子计算,方案并不少,问题是在实验上实现对微观量子态的操纵确实太困难了.研究量子计算机的目的不是要用它来取代现有的计算机.量子计算机使计算的概念焕然一新,这是量子计算机与其他计算机如光计算机和生物计算机等的不同之处.量子计算机的作用远不止是解决一些经典计算机无法解决的问题.。

基于相关联自发辐射激光来实现纠缠态的制备和提高

基于相关联自发辐射激光来实现纠缠态的制备和提高
可容错 的量 子计 算 中也有着极 为重要 的作 用.因此 , 何 如 提纯高品质 的量子纠缠态是当今 量子通信研究领域最重要 的研究 课题之一 , 并且取 得了一定 的进 展.例如 : 利用压 缩 真空库 中的非简并三 能级激光 ; 利用 相关联 自发辐射 激 光 等 ; 最近 ,j L【 等在四波混频体系 中利用原子的辅助 能 , 级 跃迁 来增强参量下下转换过程 ( P C) N D 从而实 现 了压缩 和纠缠 的提高 ; a ¨ Tn 等考虑原 子系综 之间 的偶极 相互作 用来提高压缩和纠缠的强度. 本文利用双模相关联 自发辐射激光来实现纠缠态的制
第 6期
= n .
邓 文武
基 于相 关联 自发辐射 激光 来 实现 纠缠 态的制备 和提 高
可分离的充要条件是矩阵要满足

( 1l口 ( I gf I ) c ep i )一 ep l t g口 ) 6 + 22口 ( I (At x (一 3) I i x
f) c 一 ep /,) x (At I) b )+ c 口 < I x (一 tep i ) 口 ( I 且 6 () 2 当 与 I) D 的失谐 量 △足够大 , 6 一( I 即△》 、 采 厂, 用绝热近 似¨ 能级 I) ( I I ) 间 的跃 迁可有 效地 , 6一 口 — 之 c 等效成 J> c 之间 的单 跃迁过 程. 6 一( I 此时 系统 在相互 作用 绘景中的有效 哈密顿量为
缠态已在一些前 沿领域 中得到应用 , 特别是 在量子 信息方
理论模型如 图 1所示 , 将制备在 I) c 态的三能级原 子以

面.例如 , 量子计算和量子通信.以纠缠 态为基本资源 的量 子信息在增大信息容量 、 提高运算速 度及确保 信息安 全等 方面大大地 突破现有经典 信息系统 的极 限 , 得基 于量子 使 纠缠态 为基本 资源 的量子信 息学 作为 一 门新 兴 的研究 学 科, 显示出了十分广 阔的科学和技术应用前景 , 已成 为一门 较 为成熟的且具有实用价值 的通信技术 .正是 由于量子纠

绝热技术制备纠缠态的研究

绝热技术制备纠缠态的研究
n() >岛Ix ( it+g n >iIx ( it+H ) I ( e p - A ) () I ( p -  ̄ ) ie . () 1
其 中: 角标 .表示第 .个原 子 , 是 腔模 的湮 灭算符 , C代 表厄 密共轭项 . 『 『 n H.. 在大
失谐条件下 , 》 I() 、 £ I激发态 I 和 l> 即△ ll ) , g ( > 可绝热去除 , 则系统 的有效 哈
( 0O OO 22 0 J0 2 ; 2 1J L 0 ,0 70 0 ) 福建省教育厅基金资助项 目(A0 0 2 J 94 )
3 0
泉州 师范学 院学报
( r ) f f > sf+ 口 < +口 s j ( ) ( f < +口 ) i] 口 ) f f ( ) .
陈 志 华 , 苏孙 庆
(. 1福建师范大学 物理与光 电信 息科技学 院, 福建 福州 30 0 ;. 50 72 集美大学 理学 院 , 福建 厦 门 3 12 ) 6 0 1

要: 利用绝热技术提 出制备 w 态 和两原子高维纠缠态方案. 在这些方案 中, 量子信息都存储在 原子的
基态上 , 系统仅在 暗态空 间中演 化 , 且 原子 在激发态 上无布居 , 这使得 原子 的 自发 辐射 效应 大大受 到抑制. 另 外, 绝热技术确保这些方案对实验参数 的涨落具有强 的鲁棒性. 其方法操作步骤简单 , 既有效节省 了资源 , 同时
显然 , 当设计 脉冲波形使之满 足
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时, 辅助原子 a 和腔 系统 的态 由 I ) 绝热演化为态( 1 >. s 0 一 ) i l 第二 步 , 当原子 a 腔 C出来后 , 从 三个 初态均为 I> 的全 同原子 1 2 3再 同时通过该单 模腔 , 、, 根据式 ( ) 2, 由原子 1 2 3 、、 和腔组成的系统 有一个 暗态

微波场纠缠态的制备

微波场纠缠态的制备
现 解决 了这 方 面 的问题 。本 文 利用 L C超 导 电路 与
自旋离子 的 电偶 极 相互作 用 ,设 计 了制备微 波 场纠
缠 态 的方 案 。
图1 离子 和 L C 电 路耦 合 的装 置
2 L c 超 导 电路 与 离子 的相 互作用
L C超 导 电路 与受 束 缚 的离 子 相 互作 用 f 如 图
中I O ) s ,l T ) 分 别代 表微波场 的初态 和离子 的初 态 ,经过 耵, 2的脉 冲作 用 后微 波 场 的态 和 离 子 的
态 演化 为
I c l 『 ) + j 矿) 门 ) 1 1 ) ( I T ) +l 1 ) +
I 1 /
3 制 备 微 波场 的 纠缠 态( 如图 2 )
设 初始 时刻 两离子 处 于纠缠态
1 ) , 电路 的本 征频率为 =1 / 、 / c ,C m o d可 以 用 来 调 节 微 波 场 的频 率 ,离 子 被 置 于 电 容 C s当 中 ,L C电路 与 自旋 离 子 的相 互 作 用 可 适 用 于 J _ c
文章编号 : 1 6 7 4 — 0 8 7 4 ( 2 0 1 3) 0 4 — 0 0 2 2 — 0 2
微 波场 纠缠 态 的 制备
程世 清 , 林巧 文 , 康 占成
( 山 西大 同大 学物理 与 电子科 学学院 ,山西大 同 0 3 7 0 0 9 )
摘 要: 利用 L C电路 和 处 于 纠 缠 态 的 自旋 离子 的相 互作 用 , 设 计 了微 波 场 纠 缠 态的 制 备方 案 。 通 过 测 量 两 离
模 型 ,当经 过 / 2的脉 冲作用后 态 函数 的演化 可

我国刷新最大纠缠态制备世界纪录等

我国刷新最大纠缠态制备世界纪录等

我国刷新最大纠缠态制备世界纪录等作者:暂无来源:《科学中国人》 2018年第13期我国刷新最大纠缠态制备世界纪录多量子比特的操纵和纠缠是量子计算研究的核心指标。

近日,我国科学家潘建伟及其同事通过调控6个光子的偏振、路径和轨道角动量3个自由度,在国际上首次实现了18个光量子比特的纠缠,刷新了所有物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。

国际权威学术期刊《物理评论快报》日前发表了该成果。

多个量子比特的相干操纵和纠缠态制备是发展可扩展量子信息技术,特别是量子计算的最核心指标。

量子计算的速度将随着可操纵的纠缠比特数目的增加而实现指数级的提升。

但要实现多个量子比特的纠缠,需要进行高精度、高效率的量子态制备和独立量子比特之间相互作用的精确调控。

同时随着量子比特数目的增加,操纵时所带来的噪声、串扰和错误也随之增加。

这对量子体系的设计、加工和调控要求极高,成为量子纠缠和量子计算发展的巨大挑战。

作为国际前沿的量子信息科研团队之一,潘建伟团队此前已多次刷新量子纠缠数量的世界纪录。

据介绍,该成果将进一步应用于大尺度、高效率的量子信息技术,这表明在多体纠缠的研究上,我国在国际上仍继续处于引领地位。

我国首次获得国际核天体物理大会举办权从在意大利刚刚闭幕的第15届国际核天体物理大会(NIC2018)传来消息:下一届国际核天体物理大会(NIC2020)将由中国举办。

这是我国首次获得这一重要国际会议的举办权,中国原子能科学研究院将承办此次会议。

国际核天体物理大会每两年召开一次,自1990年在奥地利举行第一次会议以来,已成为核天体物理领域最重要的国际会议。

获得第16届国际核天体物理大会举办权标志着我国核天体物理研究取得的长足发展在国际上得到进一步认可。

中国锦屏深地核天体物理重大项目首席科学家、原子能院副院长柳卫平表示,我国核天体物理研究,目前已形成了从深地到地面实验、从核反应测量到天文观测、从实验到网络计算的多学科交叉研究的可喜局面。

纠缠态制备

纠缠态制备

纠缠态制备
纠缠态是一种量子态,它具有一些特殊的性质,可以用于量子纠错、量子密钥分发等领域。

为了制备纠缠态,我们可以使用量子比特之间的相互作用。

在实验室中,通常使用光子、离子等系统来实现纠缠态的制备。

例如,我们可以将两个离子分别置于两个陷阱中,并利用它们之间的库仑相互作用来制备纠缠态。

这需要对离子的状态进行精确的控制和操作,以确保它们之间的相互作用达到所需的效果。

除了离子,还可以使用超导量子比特、量子点等系统来制备纠缠态。

无论使用哪种系统,都需要进行极其精确的控制和测量,以确保制备的纠缠态的质量和稳定性。

总的来说,制备纠缠态是一项非常复杂和困难的任务,需要在量子控制和测量技术方面有着高超的水平和丰富的经验。

但其所带来的潜在应用和科学发现也同样具有巨大的价值和意义。

量子纠缠实验技术的使用教程

量子纠缠实验技术的使用教程

量子纠缠实验技术的使用教程引言:量子力学是现代物理学中的一大突破,通过量子纠缠技术,科学家们可以实现远距离量子通信、量子计算等一系列惊人的技术应用。

本文将介绍量子纠缠实验技术的使用教程,帮助读者了解如何进行量子纠缠实验。

一、实验前准备1. 材料准备:量子纠缠实验需要使用到一套精密的设备,包括激光器、偏振器、光学器件等。

2. 环境准备:量子纠缠实验对环境的要求非常高,需要在低温和真空条件下进行。

因此,实验室要具备低温和真空设备。

二、量子纠缠实验步骤1. 准备纠缠态:首先,我们需要准备两个量子比特,并将它们制备成纠缠态。

可以使用自己搭建的实验装置或者购买商用的量子器件。

2. 纠缠态检测:接下来,我们需要对纠缠态进行检测,以确保其质量和可用性。

可以使用光学方法或者电学方法进行纠缠态的检测。

3. 纠缠态传输:一旦两个量子比特成功纠缠,我们需要将它们分别传输到远距离的地方进行后续实验。

这要求我们掌握纠缠态的传输技术。

4. 纠缠态测量:在实验的最后阶段,我们需要对纠缠态进行测量,以获取实验结果。

测量可以使用干涉测量、能量测量、自旋测量等方法。

5. 纠缠态保护:为了保证纠缠态的质量,在实验过程中要防止纠缠态的退化和损坏。

可以采用一些技术手段,比如量子纠缠纠错和量子纠缠特异性等。

三、常见实验技术1. 单光子发射器:单光子发射器是实现量子纠缠的重要组件,可以通过单光子源实现单光子的纠缠。

2. 光学器件:光学器件在量子纠缠实验中发挥着重要的作用,可以通过改变光的偏振或相位来实现量子纠缠。

3. 量子纠缠检测:量子纠缠检测技术是判断实验中是否成功纠缠的重要手段,可以通过测量两个量子比特的相关性来判断是否纠缠成功。

结论:量子纠缠实验技术的使用教程涵盖了实验前准备、实验步骤和常见实验技术。

通过学习和掌握这些技术,我们可以更好地理解量子纠缠现象,并在实验中实现它们,为量子通信、量子计算等领域的发展做出贡献。

希望本文对读者有所启发,并激发更多人对量子纠缠技术的兴趣和研究。

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resorting to any additional assumptions. QED, both in the microwave [9,10] and in the optical regimes [11],imply that these states should be realizable with existing or planned technology. This fact, together with the near-unity detection efficiency for Rydberg atomic states [12], makes this technique a promising path for a variety of experiments related to the quantum nature of entangled states. Our scheme to prepare the state (1) is based on the interaction of two atoms, initially in their excited and ground states, respectively, with a resonant cavity mode in a vacuum state. An important feature of this scheme lies in the fact that after the preparation of the entangled state, the cavity mode is left in its original state, the vacuum, which is not entangled with the two atoms. As a consequence, cavity damping mechanisms before and after the interaction will not affect the feasibility of the singlet state, and therefore cavity dissipation must be negligible only during the time the entangled state is prepared. We will also show that with a slight modification, the proposed scheme would serve to prepare the state (2). This technique can be easily generalized for the preparation of n-particle entangled states. The preparation of the state (1) takes place in two steps. First, one atom (atom 1) initially prepared in its excited state IT t) is sent through a cavity in the vacuum state IO). After the atom has left the cavity, a second atom (atom 2) prepared in its ground state Il2) is sent through the cavity in a different direction (see Fig. 1). The atom-cavity mode interaction model. The interis described by the Jaynes-Cummings action Hamiltonian in a rotating frame at the cavity mode is and in the rotating-wave approximation frequency ato ), where o+=(o )t=IT)(lI is the H=ig(t)(o+a — usual spin-2 excitation operator for the two-level system, and a~ and a are the creation and annihilation operators for the cavity mode. For simplicity, we have taken the two-level transition on resonance with the cavity mode. The coupling parameter between the atom and the cavity mode is g(t), which is time dependent as the atom crosses the cavity, due to the spatial structure of the cavity mode. HamilAn important property of the Jaynes-Cummings tonian is that it conserves number the excitation a a+IT)(TI. In particular, the state Il)IO) (which is the
PACS number(s):
03.65.Bz, 42.50.Wm
During the past decade, a number of interesting experiments related to the quantum nature of two-particle entangled states have been proposed and carried out. In all these experiments, the particles are photons, and entanglement results from different paths taken by the photons [4] or from different polarizations [5]. Several experiments have shown violations of Bell s inequalities [1,6], providing overwhelming support for quantum mechanics versus local realistic theories. However, as noted by Clauser and Horne [7], the statement that these experiments with photons violate Bell's inequality is strictly true only if some supplementary assumptions are invoked. In order to test Bell's inequality without any of these assumptions, it would thus be desirable to prepare in a controlled way two different particles in an entangled state, each particle going to a different region of space, and to obtain the correlation between appropriate observables by means of two spatially separated measurements. Furthermore, the detection has to be carried out with high efficiency [7]. In this paper we propose a simple scheme to prepare superpositions of atoms [8] with macroscopic separation in the forms (1) and (2) which facilitate tests challenging local realistic theories, as well as of other related phenomena that have been only observed with photons so far. The spin-2 particles are, in our case, two-level atoms, and the entangled states (1) and (2) are produced by the interaction with the electromagnetic field contained in a cavity. Note that with atoms in the state (1), one would be able to test Bell's in-
Permanent address: Departamento de Fisica Aplicada, Facultad de Ciencias Quimicas, Universidad de Castilla — La Mancha, 13071 Ciudad Real, Spain.
1050-2947/94/50(4)/2799(4)/$06. 00
I+)s=
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T2)ipts 1 and 2 label the particles in this state. This particular state is in the realm of the original derivation of Bell's theorem [1], which states that local hidden-variable theories of quantum mechanics are not possible, and is the basis of some quantum effects introduced recently, such as the "teleportation" of quantum states [2]. Another particularly interesting entangled state of three particles is the state
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