腔QED中的量子糾纏及量子克隆的實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著信息科學(xué)的發(fā)展，傳統(tǒng)的通信技術(shù)已經(jīng)不能保證通信的安全性，故而量子通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。量子通信的過(guò)程主要是量子糾纏的遠(yuǎn)距離操縱的過(guò)程，而量子克隆是實(shí)現(xiàn)量子糾纏分配的過(guò)程，所以研究這二者對(duì)量子通信來(lái)說(shuō)有著一定的意義。
　　 目前，腔量子電動(dòng)力學(xué)(cavity QED)系統(tǒng)被認(rèn)為是理想的系統(tǒng)之一，主要是因?yàn)榍恢星艚牧孔颖忍剡m用于作為靜止比特，而系統(tǒng)發(fā)生作用產(chǎn)生的光子適用于作為飛行比特，用來(lái)傳遞信息。由于這二者的特殊性及互補(bǔ)性，引起

2、了廣大科研工作者的廣泛關(guān)注。本文主要在腔QED系統(tǒng)中來(lái)實(shí)現(xiàn)量子糾纏和量子克隆。
　　 1.腔QED系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)量子糾纏
　　 (1)在一個(gè)雙模腔中實(shí)現(xiàn)四粒子的Greehberger-Horne-Zeilirlger(GHZ)態(tài)。這種GHZ態(tài)不僅可以在光學(xué)腔中通過(guò)單一的共振相互作用確定性地產(chǎn)生，而且還可以在光學(xué)系統(tǒng)中概率性的制備。所制備得到的量子糾纏態(tài)的保真度并不受原子的自發(fā)輻射、腔衰變以及光子探測(cè)器的瑕疵所影響，最后我們給

3、出了方案可行性的討論。
　　 (2)在三個(gè)分離的光學(xué)腔系統(tǒng)中，我們提出一個(gè)制備三粒子的GHZ態(tài)的方案。每個(gè)腔分別囚禁一個(gè)粒子并且被兩個(gè)相同的單模光纖連接著，在制備糾纏態(tài)的過(guò)程中，原子體系和光纖都沒(méi)有被激發(fā)，這一點(diǎn)有利于消相干問(wèn)題的處理。在一定的條件下，腔模被激發(fā)的可能性也可以被忽略，同時(shí)利用絕熱方法，GHZ態(tài)不僅可以確定性的制備，而且其保真度也基本上不受實(shí)驗(yàn)參數(shù)波動(dòng)的影響。與先前的方案作比較，我們提出的方案的最大優(yōu)勢(shì)在于這每個(gè)腔

4、都可以與其他兩個(gè)腔直接地作用，這樣避免了間接作用所引發(fā)的局域操作和非局域資源的損耗。
　　 (3)基于不可辨識(shí)的偏振光子的干涉效應(yīng)，利用非破壞性探測(cè)器，我們提出一個(gè)制備一定概率GHZ態(tài)、W態(tài)和Cluster態(tài)。在Lamb-Dicke近似下，我們并不要求所有的探測(cè)器必須同時(shí)探測(cè)到光子，這增加了實(shí)驗(yàn)的可行性。同時(shí)，我們的方案還具有這樣的優(yōu)勢(shì)：量子糾纏態(tài)的保真度不受到原子自發(fā)輻射率、腔衰變率以及光子探測(cè)器的效率的影響。
　　

5、2.在腔QED中實(shí)現(xiàn)量子克隆
　　 (1)在腔電動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上，我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)特殊的量子克隆機(jī)器，這種克隆機(jī)在單光子脈沖的幫助下，可以將信息從一個(gè)囚禁在腔中的原子身上復(fù)制到另外一個(gè)或兩個(gè)囚禁在腔中的原子身上。通過(guò)調(diào)節(jié)參量，我們能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)對(duì)稱的1-2實(shí)數(shù)態(tài)克隆和1-3經(jīng)濟(jì)實(shí)數(shù)態(tài)克隆機(jī)。
　　 (2)我們用囚禁的原子實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可調(diào)控的最佳量子克隆機(jī)器。通過(guò)選擇一對(duì)拉曼躍遷和合適的外磁場(chǎng)參量，我們不僅可以實(shí)現(xiàn)最佳對(duì)稱(非對(duì)稱)