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￣
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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。