基于腔QED的量子信
基于腔QED技术的量子信息的多方秘密共享(英文)
基于腔QED技术的量子信息的多方秘密共享(英文)
李松梅;姜雪洁;张寿
【期刊名称】《量子光学学报》
【年(卷),期】2007(13)2
【摘要】提出了一个基于腔QED技术的量子信息的多方秘密共享方案。
该方案不受腔的衰减和热场的影响,并考虑了几种可能偷听下的安全性。
【总页数】6页(P118-123)
【关键词】原子纠缠态;量子秘密共享;腔QED技术
【作者】李松梅;姜雪洁;张寿
【作者单位】延边大学理学院物理系;青岛理工大学理学院
【正文语种】中文
【中图分类】O431
【相关文献】
1.基于密集编码的多方与多方量子秘密共享 [J], 杜宇韬;鲍皖苏;管文强;周淳;付向群
2.基于压缩态的多方与多方量子秘密共享 [J], 张盛;张守林;王剑;唐朝京
3.基于d级单粒子的可认证多方量子秘密共享协议 [J], 刘晓芬; 陈晓峰; 连桂仁; 林崧
4.基于单光子的多方半量子秘密共享方案 [J], 李雪杨;昌燕;张仕斌;代金鞘;郑涛
5.基于腔QED的无信息泄露量子对话(英文) [J], 叶天语
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基于腔QED的超导量子比特的非传统几何相位门
进而使量子计算得以顺利进行。另外与以往的原子
一
一＝一ｄ ｙ＝ １＋ ）ｙ ｙ ｙ＋一ｇ（１ １一 ＝
考虑将两个超导量子干涉仪植入在一个高品
获得保真度高达 ９ ． ％的量子 门， ９９ ９ 这个时候通过 质腔中的系统 。 这里使用的量子超导干涉仪是射频
它是用一段超导体将约瑟夫森隧 量子纠错编码方式 ， 即使在存在消相干的时候仍然 超导量子干涉仪 ，
收 稿 日期 ：０ ８ ２ ２ ２ ｏ 一Ｏ — ６
基 于量 子力学 系统 的量 子计 算研 究 近几年 已经
形成 热潮 ， 研究 越来 越表 明量子计 算在 处理 某些 问
可以实现 大规模 的量子计 算 。近来 ， 多研 究【 许 提
出了利用 几何位 相来实 现可容 错量 子 门的方案 ， 可
题 上有 经典 计 算无 可 比拟 的优 势 ，首 先 基 于 Ｓｏ ｈｒ 算法 ［ １ 】 的量子傅 立 叶变换 （ 括解 因子 问题 和离散 包
维普资讯
州芗院
Ｊｕｎ ｌ ｆ ｈｚ ｏ ｏｌｇ ｏ ｒ ａ Ｃ ｉｈ ｕＣ ｌ ｅ ｏ ｅ
２０ 年 ６ 第 ２ 卷 第 ３ ０８ 月 ２ 期
Ｊ ｎ ０ ８ Ｖｏ．２ Ｎ ． ｕ ：２ ０ １ ｏ３ ２
基于腔 Ｑ Ｄ的超导量子比特的非传统几何相位门 Ｅ
依赖于 量子系统 的 比例 常数并 且 １≠０ １那么 总 １ ， ， 一
相位
对数问题的算法 ） 提供了对最好的经典算法的惊 ， 人的指数加速。 其次基于 Ｇｏｅ 的量子搜寻算法圆 ｒ ｒ ｖ ， 可以对最好的经典算法二次加速。 本文采用的是将 两个超导量子干涉仪植入一个高品质腔中的系统 ，
在腔QED中实现多量子比特信息的处理的开题报告
在腔QED中实现多量子比特信息的处理的开题报告一、研究背景随着量子计算和量子通信技术的发展，科学家们逐渐认识到，传统计算机和通信技术所面临的瓶颈已经不能满足人类对高效计算和安全通信的需求，而量子计算和量子通信技术由于其本质上的量子并行性和量子纠缠性，有望在短时间内解决传统技术所难以解决的问题。
在量子计算和量子通信中，处理多量子比特信息是至关重要的一环。
目前，腔QED技术能够实现多量子比特系统的精确控制和测量，且系统的耦合强度和寿命长，因此已成为处理多量子比特信息的有力手段。
二、研究内容本研究将采用腔QED技术，以实验为基础，研究实现多量子比特信息的处理技术。
具体内容如下：1. 设计和制作多量子比特系统设计和制作多量子比特系统，包括多个量子比特和量子腔。
量子比特的种类和数量取决于实验要求，可以是超导量子比特、离子量子比特等。
制作工艺采用微纳加工技术，在硅片上制作超导电路和腔体结构。
2. 实现多量子比特之间的耦合利用超导谐振腔来实现多量子比特之间的耦合，可以采用电磁场耦合或量子隧穿耦合等方式。
实现量子比特之间的耦合是实现多量子比特信息处理的关键步骤。
3. 设计和实现多量子比特信息处理算法根据实验条件和系统特点，设计和实现多量子比特信息处理算法。
可以采用Grover算法、Shor算法等经典量子算法，也可以采用新颖的量子算法，如量子模拟等。
4. 实现多量子比特系统的测量和控制利用量子非破坏测量技术，实现多量子比特系统的测量和控制。
通过精确的测量和控制，可以确保实验结果的准确性和稳定性。
三、研究意义本研究旨在利用腔QED技术实现多量子比特信息的处理，具有以下意义：1. 推动量子计算和量子通信技术的发展研究实现多量子比特信息处理技术，对于推动量子计算和量子通信技术的发展具有重大意义。
实现多量子比特信息处理，可以打破当前量子计算和量子通信技术所面临的瓶颈，为科学和工程领域提供更多的可能性和机遇。
2. 拓展腔QED技术的应用领域本研究将拓展腔QED技术在信息处理领域的应用，增强该技术的科学研究和工程开发价值。
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。
使用QED技术制备簇态和实现量子信息的传输
２０ ０ ８年 ９月
Ｓｅ ２ ８ ｐ． ００
使 用 ＱＥ Ｄ技 术 制备簇 态和 实现量 子信 息的传 输
唐 成 军 ， 细 明 方
（ 南师范大学 物信院 ， 南 长沙 ４０８） 湖 湖 １０ １
摘 要 ： 出 了一 种 在 腔 ＱＥ 中制 备 纠 缠 态 并进 行 量 子信 息 传 输 的 协 议 ， 协 议 指 出量 子 信 息 的 传 输 可 以在 制 提 Ｄ 该 备 纠 缠 态 之后 通 过 纠 缠 态 的分 配 来 实现 量 子信 息的 传 输 ． 可 以在 制 备 纠 缠 态 的过 程 中 实 现 量 子信 息在 原 子 间 的 也
Ｑｕ ｎ ｕ Ｉ ｆ ｒ ｔ ｎ ｂ ｓ ｇＣ ｖｔ Ｄ ａ ｔ ｍ ｎ ｏ ｍａｉ ｙＵ ｉ ａ ｉ ＱＥ ｏ ｎ ｙ
Ｔ Ｇ Ｃ ｅ ｇ ａ Ｆ Ｎ ｉ ｎ ＡＮ ｈｎ ￣ ｎ Ａ Ｇ Ｘ — ｇ ｍｉ
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量子相位门的腔QED方案实现研究的开题报告
量子相位门的腔QED方案实现研究的开题报告题目：量子相位门的腔QED方案实现研究一、研究背景和意义随着量子计算技术的不断发展，量子相位门作为量子计算中的关键操作之一，越来越受到研究者的关注。
相比于量子比特的操作，量子相位门的实现对硬件基础要求更高，因此，研究量子相位门的实现方法并且选择最适合的实验方案，对于促进量子计算技术的发展具有重要的意义。
同时，腔QED（Cavity Quantum Electrodynamics）作为实现量子计算的一种有效手段，其利用了微观量子力学中微观粒子与电磁场相互作用的特性，通过精密操控和探测几个原子和一个微波腔之间的相互作用实现了高保真的量子控制和读取，成为实现量子计算的有力工具。
因此，将腔QED与量子相位门的实现结合起来，具有深远的研究价值和高应用潜力。
二、研究内容和方法本研究将探究基于腔QED的量子相位门实现方案，具体内容包括：1. 探究腔QED系统的基本原理和基础概念，理解腔QED系统中微观粒子与微波腔中的光场之间的相互作用。
2. 研究量子相位门的实现原理，探究基于微波的量子相位门的实现方法。
3. 结合量子相位门的实现原理和腔QED系统的特点，提出结合两者的实现方案并进行系统设计和分析。
4. 开展实验，通过改进实验方案和技术手段，实现腔QED系统中基于微波的量子相位门。
三、预期成果1. 具备腔QED系统和量子相位门实现的理论基础，深入理解微观粒子与光场之间的相互作用。
2. 探究基于腔QED系统的量子相位门实现方案，设计出结合两者的实现方案并进行系统分析。
3. 成功实现基于微波的量子相位门，并改进了实验方案和技术手段，提高了实现效果。
4. 探究结合腔QED系统和量子相位门实现的新型量子计算技术和相关应用领域。
四、研究难点和创新点1. 腔QED系统中微观粒子和光场间的耦合强度较小，因此需要改进实验方案和技术手段，提高相互作用的强度和精度。
2. 需要对量子相位门的实现原理进行深入研究，结合腔QED系统的特点，开发适合的实现方案。
量子信息中的腔QED方案简介
量子信息中的腔QED方案简介曹卓良;李英群;汪贤才;杨名【期刊名称】《量子电子学报》【年(卷),期】2004(21)2【摘要】在量子信息领域,腔量子电动力学(Cavity—QED)方案被认为是最有效的量子信息方案之一。
随着技术的发展,越来越多的量子信息处理过程可通过腔-QED 方案在实验上实现,例如,纠缠态的制备和量子逻辑门的实现。
这里,我们将腔-QED 的发展作一综述。
腔-QED方案的核心就是腔场和原子的相互作用。
根据原子的跃频率和场模频率的关系,我们可以将上述相互作用分为两大类:共振相互作用(原子的跃迁频率等于场模频率)和失谐相互作用(原子的跃迁频率与场模频率的失谐量很大)。
从这两不同的方案出发,我们都可以实现:纠缠态的制备、未知量子态的隐形传输和量子逻辑门的构建。
但是在共振相互作用中,量子信息处理过程对腔的Q值要求很高,这就使得实验实现很困难。
而大失谐相互作用对腔的Q值要求大大降低,使得实验实现成为可能。
通过比较,我们认为,大失谐方案为量子信息处理开辟了广阔的前景,使量子网络和量子计算机在不久的将来成为可能。
【总页数】13页(P244-256)【关键词】腔量子电动力学;量子光学;纠缠态;量子隐形传态;逻辑门;量子网络【作者】曹卓良;李英群;汪贤才;杨名【作者单位】安徽大学物理系,安徽合肥230039;池州师范专科学校物理系,安徽池州247000【正文语种】中文【中图分类】O431.2【相关文献】1.外场驱动下腔QED中实现量子纠缠交换的方案 [J], 单传家;夏云杰2.一个传送量子信息的腔QED方案 [J], 吴韬;何娟;倪致祥3.大失谐腔QED中任意初态双原子系统的量子信息保真度 [J], 周并举;易有根;周清平;刘小娟4.“量子信息中的腔QED方案研究”项目通过专家鉴定 [J], 陈莉5.腔QED中实现控制量子逻辑门的简易方案（英文） [J], 刘文鹏;宋学科;叶柳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
三腔QED系统中的量子关联与量子纠缠的研究的开题报告
三腔QED系统中的量子关联与量子纠缠的研究的开
题报告
题目：三腔QED系统中的量子关联与量子纠缠的研究
导师：XXX
研究背景和意义：
量子关联和量子纠缠是量子力学中的两个基本概念，在量子计算、量子通信等领域有着重要应用。
近年来，由于实验技术的飞速发展，量子光学与量子信息学获得了较大的进展。
特别是三腔QED系统具有高纠缠和高精度控制的特点，可以用来探究量子信息或量子光学的新现象及性质，因此受到了广泛关注。
具体来讲，三腔QED系统是用三个并联共振腔相互耦合构成的体系，在该体系内部通过弱耦合的单量子态和双量子态实现有效的光子传输，使得在该体系内部光子之间的相互作用具有新的性质。
因此，研究三腔QED系统中的量子关联与量子纠缠对于深入认识该系统的量子性质具有重要意义。
研究内容：
1.三腔QED系统中的量子关联
利用本体系内部的光子多态结合 Koashi-Winter 关联测量方案探究本体系光子之间的关联性质，特别是两边腔子模之间的光子关联，分析其量子特性及其相关的应用。
2.三腔QED系统中的量子纠缠
利用本体系内部光子的相干性，通过调制系统的耦合效应以及产生虚布偶合等手段构建量子纠缠，分析其量子特性及其相关的应用。
预期成果：
1. 详细描述三腔QED系统光子之间的关联，给出相应的量子关联理论和实验方案。
2. 对于本体系内部的光子纠缠问题，给出相应的实验方案，并探究其可扩展性、保真度及其在量子通信等领域的应用。
3. 提出本体系下量子光学的新现象，并对其性质进行深入分析，为探究类似系统的相关问题提供理论或实验方法。
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＊量子态制备
＊检验非经典关联 ＊实现量子逻辑门
＊验证量子力学的基本原理
＊制备单光子国加州理工大学 的H. J. Kimble(即CalTech)小组走在世界的最前沿，德国 马科斯普朗克研究所的G. Rempe(即MPQ)小组则是欧洲的 权威。 ＊实现强耦合 ,囚禁时间已经超过1s
i[a, H sys ] [a, c ][ c bin t ] [ c bin a t ][a, c] 2 2 时间翻转（time－reversed）的朗之万方程： i[a, H sys ] [a, c ][ c bout t ] [ c bout a t ][a, c] 2 2 输入场与输出场之间的关系：
⑴ 微波腔和光学腔
★ 微波腔
图1 典型的微波腔QED装置图
★ 光学腔
图2 典型的法布里——泊罗腔实验装置图
图3 微球腔（WGM）的实验装置图
图4 半导体光子晶体腔装置图
⑵ 腔QED系统的动力学方程
用 表示原子——腔系统的量子态，则 其随时间的演化行为由下列方程决定：
i H t
＊可以高精度地追踪单个原子的位置
＊基于绝热通道的受激拉曼散射 ＊单光子源
＊腔内原子数的确定
至于微球腔和光子晶体腔，目前世界上有不少小组在 从事这方面的研究。
图6 三种类型光学腔的各种参数值比较
2.量子朗之万方程
腔泄漏这种消相干作为一种量子噪声，可用量子朗之万方 程（quantum Langevin equation）描述 ：
1
g
2
i sin t g
1
e 2
选择 t / 4 ，就制备了两原子的最大纠缠态:
1 e 2
1
g 2 i g
1
e
2
在这个方案中，由于原子和腔大失谐，在系统演化过程 中腔只是被虚拟激发，原子和腔之间并没有信息转换，从而 大大延长了腔的有效泄漏时间，压缩了由腔泄漏所带来的消 相干影响，大大降低了对腔品质的要求。在当前的实验技术 条件下，这是非常重要的。因此，Zheng和Guo的这个方案在 2000年提出后，立刻引起人们的关注。2001年，法国的 Haroche小组利用里德堡原子和非共振的微波腔相互作用在 实验上实现了这个方案，证实了该方案对热光场和光子的泄 漏都不敏感，从而为在实验中操纵纠缠带来了新的曙光。在 理论研究方面，人们基于大失谐的思想又提出了几个重要的 方案，如制备 GHZ态、三维纠缠态、实现量子搜索算法、普 适量子克隆机和量子秘密共享等。根据科学网站(Web of Science)统计， Zheng和Guo的这个方案自发表以来，被引 用次数已达一百多次，居该领域被引用次数最多的前1％位置， 由此足见其影响之大。
bout t bin t c t
3.单边泄漏腔的输入与输出关系
假定腔是单边泄漏腔，则
i 0 i 0
2 b 0
b1
2
图7 单边泄漏腔输入场和输出场关系图
III. 降低腔泄漏影响的量子信息过程
⑶ 腔QED系统的消相干
消相干现象主要可以归结为两大类：由于原子自发辐 射导致的到腔模之外其它模式的耗散；腔场本身的泄漏。
图5 原子在光腔中的简略模型
⑷ 腔技术的现状
★ 微波腔
在世界上技术比较先进、比较有影响力的实验小组 主要有法国巴黎高等师范学院的S. Haroche(ENS)小组以 及德国马科斯普朗克研究所的H. Walther小组。他们在 实验上已取得了一系列的重大进展： ＊量子非破坏（QND）测量
II. 腔QED和量子朗之万方程
1. 腔量子电动力学（QED）简介
2. 量子朗之万方程
3. 单边泄漏腔的输入与输出关系
1.腔量子电动力学(QED)简介
所谓腔指的是一个光学的或者微波的共振系统，量子电动 力学（QED）意味着在腔中某一物质系统（通常是原子）与电 磁场（即光子）发生的相互作用。如果原子被包围在一个高品 质的腔中，则原子——光子系统和周围环境之间的消相干 （decoherence）作用就可以在很大程度上被抑制，这种抑制 效果允许原子——光子系统在动力学特征时间尺度内保持良好 的量子相干性。
基于腔QED的量子信息处理
基于腔QED的量子信息处理
• • • • • • 研究背景 腔QED和量子朗之万方程 降低腔泄漏影响的量子信息过程 基于腔泄漏的量子计算方案 基于腔泄漏的量子信息过程 总结
I. 研究背景
量子信息学是量子力学和信息科学相结合的产物，它在许多 方面有着经典信息学所无法比拟的优势，如信息安全、运算速度 和信息容量等。巨大的潜在应用前景极大地推动了量子信息的高 速发展。短短的十几年间，它不仅在理论上而且在实验研究上都 取得了重大突破，特别是当前量子密码通信系统已接近实用化。 量子信息学的许多优越特性源于其量子相干性。但是，各种量子 噪声，特别是量子系统和周围环境之间不可避免的相互作用将会 导致系统相干性的丧失。因此，在量子信息处理中，人们通常把 消相干作为一个负面过程，尽量消除或减少其所带来的影响，为 此往往需要消耗大量的资源。然而，最近的研究表明：通过设计 适当的动力学，不必耗费冗余资源就可以降低某些消相干效应对 系统演化的影响；更重要的是通过设计精巧的方案，人们可把消 相干作为正面效应，用它实现量子信息过程。在目前提出的众多 物理实现方案中，腔QED是最有前景的方案之一。
2. 普适量子计算的实现
一个两比特的控制非门和任意单比特的旋转门可以 构成一个普适的量子逻辑门组。单比特操作可利用原子 和经典场共振相互作用来实现。设经典场与跃迁 i j 共振，在相互作用表象中，系统的哈密顿为
1. 两原子纠缠态的制备 2. 普适量子计算的实现 3. 未知原子态的隐形传送 4. 量子密集编码的实现 5. 高维纠缠态的制备
1. 两原子纠缠态的制备
图8 相关的原子能级跃迁图
H [ e
j 1,2
j
e S1 S2 S1 S2 ]
e
1
g
2
e i t cos t e