基于无消相干子空间的量子避错码设计

针对量子系统的联合消相干模型,可以找到一些不受消相干错误影响的系统状态,这种状态被称为相干保持态,所有相干保持态构成的空间就称为无消相干子空间(decoherencefreesubspace,缩写为DFS).利用DFS的特性可以实现自动容错的量子避错码.首先提出一种DFS的定义,并且以定理的形式证明其他DFS的定义都是等价的.然后给出了DFS的存在性定理.最后利用群论的方法设计一种构造DFS的简单方法 关键词： 相干保持态 无消相干子空间 量子避错码 容错量子计算     

多光子DFS在实际应用中的局限

无消相干子空间(DFS)是量子计算和量子通信中克服集体消相干的一种卓有成效的方法.尤其是在光子进行量子通信中,DFS明显优于其他方案.我们的研究指出,现有的自发参量下转换方法制备的多光子DFS态并不能够克服"集体消相干",它在应用中有很大的局限.文章给出了可能的解决办法.     

级联动力学退耦合与无消相干子空间实现量子计算

量子计算与量子信息过程中一个最主要的障碍量子消相干问题.克服量子消相干的策略,一般可以分为两大类方式:量子编码和动力学控制.近年来,无消相干子空间的量子编码以其能够有效的避免消相干过程得到了人们的广泛关注,在理论和实验上都取得了较大的进展.另外,利用强快脉冲实现量子系统与环境的动力学退耦合也可以有效的压缩消相干过程,动力学退耦合的噪声控制形式也得到了广泛研究.本文利用强快脉冲实现量子比特与环境的部分退耦合,然后用两个量子比特编码到无消相干子空间,从而可以克服系统与环境的一般耦合带来的消相干.另外,我们考虑了量子比特之间的相互作用,两个量子比特的耦合会导致量子信息在量子比特之间的非控制流动,使量子计算失败.我们利用对两个量子比特实行非同步的脉冲控制,使编码的量子态在比特间固有相互作用影响下保持稳定.我们给出了一维比特串结构的量子计算机模型,每个计算单元内包括三个逻辑比特,每个逻辑比特采用不同的脉冲控制保护量子比特态的稳定.通过调节控制脉冲,有顺序的"打开"不同的相互作用,可以得到普适的逻辑门组,从而实现了可扩展、容错的普适量子计算机.     

可扩展的容错量子计算

消相干是量子计算机的物理实现所面临的一个主要的障碍.在现存的消相干物理因素无法消除的情况下,采用量子编码可以部分地克服这一障碍.但是,为了实现大规模的可扩展的量子计算,用于做容错计算的编码空间也应相应地能够被级联、扩展.我们考虑在某些具有局域噪声行为的系统中,如何级联它们的编码空间,实施容错的量子计算.具体而言,我们提出了"无相互作用子空间"的编码思想,将该思想与"无消相干子空间"量子编码的思想相结合,我们提出了不需要逻辑开关的可扩展的容错量子计算方案.另外,针对实际的物理系统,我们构造了在约瑟芬结电荷qubit系统的可扩展容错量子计算方案.     

库仑势对抛物量子点量子比特消相干的影响

采用Pekar类型的变分方法,在电子与体纵光学声子强耦合的条件下,计算得出了抛物量子点中电子的基态能量和第一激发态能量及其相应的本征波函数.量子点中这样的二能级体系可以作为一个量子比特.由于声子的自发辐射,造成量子比特的消相干,讨论了消相干时间与库仑结合参数,耦合强度,受限长度,色散系数的变化关系. 关键词： 量子点 量子比特 量子信息 消相干     

基于超导量子干涉仪与介观LC共振器耦合电路的量子通信

量子计算如何在实验上实现一直受到广泛关注. 包括超导Josephson结的小量子器件(如超导量子干涉仪, SQUID)是实现量子计算的一种非常具有发展前景的物理系统. 本文通过对SQUID和介观LC共振器耦合电路系统的Cooper对数-相量子化机制的讨论, 合理地调制参数, 由此导出了该耦合电路在两能级近似下的J-C模型形式, 并提出了一种基于此模型的可实现量子信息传递的方案. 根据此方案可以利用介观LC共振器为数据总线来执行两SQUID间电荷量子比特的传递.     

消除热库中量子位的消相干性

以二能级原子作为量子位,利用求解相互作用系统约化密度矩阵非对角元的方法,分别研究热库中量子位模型和依赖强度耦合Jaynes-Cummings模型的消相干特性.当外加驱动场消除消相干时,得到两种模型下驱动场必须满足的约束方程.?     

利用比特配对来保持量子计算中的相干性

提出了一种简单高效的方案，用以克服量子计算中的消相干，该方案本质性地利用了消相干过程中的合作效应及相干保持态．文章阐明了该方案的主要思想．     

在腔耦合的超导量子比特中实现几何量子信息处理

用量子空腔耦合的超导电荷比特器件被认为是实现量子信息处理的相当有希望的体系之一.如何在这种可集成的量子体系中实现高保真度的操作是量子信息处理领域的重要课题.文章介绍作者最近提出的在量子腔耦合的超导量子比特中用具有内禀容错功能的几何操作来实现普适量子逻辑门,产生多比特量子纠缠及实现量子纠错编码的一个可行方案.     

量子纠缠消相干对确定型远程制备的影响

研究了两种典型的量子纠缠消相干现象对确定型量子态远程制备方案的影响.首先对该确定型远程制备方案进行了分析,得到该方案确定性和比特消耗情况; 然后通过分析制备过程中纠缠消相干现象对系统的影响得出: 在极化消相干过程中,该系统保真度与目标量子比特在Bloch球上的经度选择无关,仅与目标比特的纬度和消相干的大小有关;在相位消相干中,该系统的保真度不会受到消相干的影响,仅与目标量子态的纬度相关. 关键词： 远程制备 纠缠消相干 通信消耗 保真度     

多能级系统中的动力学解耦

动力学解耦技术能有效地抑制由低频环境噪声导致的退相干过程,因此在量子信息领域获得了广泛的应用.传统的动力学解耦方案通过对简单的二能级体系,如量子比特,施加特定的π脉冲序列来实现解耦效果.随着量子计算研发的深入,对于像超导量子比特这种天然的多能级系统,研究者不再局限于二能级子空间,而是提出和实现了一系列基于多能级体系的量子调控手段和量子算法.目前对于如何抑制这些体系中的退相干尚缺乏深入研究.本文利用较易在实验中实现的紧邻能级间的π脉冲,构建了多种针对多能级系统的动力学解耦序列.结果表明这些序列可以很好地消除准静态噪声的影响.此外,通过计算滤波函数,还分析了这些序列及其拓展方案对于高斯噪声的抑制作用,并结合控制函数对滤波效果给出了物理解释.研究结果对于多能级体系中的相关噪声研究,包括噪声功率谱密度和关联性的刻画以及退相干的抑制等,均具有启发意义.     

量子点环嵌入Aharonov-Bohm干涉器中电子的退耦合态及反共振现象

采用Anderson模型哈密顿量和非平衡态格林函数方法对量子点环以不同构型嵌入A-B干涉器中电子输运的退耦合态及反共振现象进行了理论研究. 结果表明,量子点环A-B干涉器的结构对称性以及穿过A-B干涉器的磁通量是诱发退耦合现象的两种物理机理. 耦合量子点结构的对称性越高,体系在相干电子输运过程中表现出来的退耦合及反共振现象越明显. 而且在具有高度对称性的耦合量子点结构中,通过磁场调节体系的结构参数可以分别使第奇数或第偶数分子本征态从电极上退耦合,从而使电子输运电导表现出奇偶对等振荡现象. 这为设计纳米电子开关器件提供了一个新的物理模型. 关键词： 量子点环 A-B干涉器 退耦合 反共振     

Josephson结开关电流分布的测量方案探讨

Josephson结的开关电流存在着一定的分布.利用开关电流的分布,我们可以推算出Josephson结的逸出率.进一步结合合适的微波辐照,还可以获得结的诸如能级、拉比振荡等许多相关的量子特性.Josephson结的开关电流分布的获得,对于研究超导量子比特,包括相位量子比特、电荷量子比特、磁通量子比特和涡流量子比特以及他们的组合量子比特都有着重要意义.我们提出了三种测量方案,对这三种方案进行了比较,并初步的对自制的NbN/AlNx/NbN Josephson结的开关电流进行了多次(104次)测量,得到一定温度下的开关电流分布的直方图.针对三种方案各自的优缺点及已有的结果,我们提出了需要进一步改进的措施,对于下一步开展在极低温下(mK)Josephson结的开关电流分布的测量有着重要的意义.     

泵浦-探测技术中受激量子拍的理论研究

基于V型三级级原子由于真空与原子耦合引起的量子相干效应,研究了泵浦-探测技术中透射受激量子拍特征.理论计算表明:这种受激量子拍与荧光量子拍相比具有高的信噪比.理论结果与实验有较好的一致性.     

非旋波近似中两能级原子与热库相互作用时原子的消相干特性

两能级原子与外部环境（热库）相互作用时,采用非旋波近似,研究原子与热辐射场单光子和双光子作用过程,利用小系统与库耦合行为的量子理论,计算原子约化密度矩阵非对角元,分析原子状态的消相干特性。     

基于金刚石氮-空位色心自旋系综与超导量子电路混合系统的量子节点纠缠

量子纠缠是实现量子计算和量子通信的核心基础,本文提出了在金刚石氮-空位色心(NV centers)自旋系综与超导量子电路耦合的混合系统中实现两个分离量子节点之间纠缠的理论方案.在该混合系统中,把金刚石NV centers自旋系综和与之耦合的超导共面谐振器视为一个量子节点,两个量子节点之间通过一个空的超导共面谐振器连接.具有较长相干时间的NV centers自旋系综作为一个量子存储器,用于制备、存储和发送量子信息;易于外部操控的超导量子电路可执行量子逻辑门操作,快速调控量子信息.为了实现两个分离量子节点之间的纠缠,首先对系统的哈密顿量进行正则变换,将其等价为两个NV centers自旋系综与同一个超导共面谐振器之间的JC耦合;然后采用NV centers自旋-光子混合比特编码的方式,通过调节超导共面谐振器的谐振频率,精确控制体系演化时间,高保真度地实现了两个分离量子节点之间的量子纠缠.本方案还可以进一步扩展和集成,用于构建多节点纠缠的分布式量子网络.     

激光场的经典极限条件及其在量子门中的应用

当一个二能级原子(在量子计算中可看成一个量子位)与一相干光场作用时,一般来说原子将与光场关联,原子不再作幺正演化.这样,在量子计算中,即使不考虑量子位与环境的耦合,量子位态也将发生消相干;但当光场的平均光子数足够大时,可忽略它们之间的关联,原子则作幺正演化.本文详细说明了这一点,并指出大的平均光子数是实现量子计算中量子门的必要条件.     

超导量子比特的耦合研究进展

超导量子比特以其在可控性、低损耗以及可扩展性等方面的优势被认为是最有希望实现量子计算机的固态方式之一.量子比特之间的相干可控耦合是实现大规模的量子计算的必要条件.本文介绍了超导量子比特耦合方式的研究进展,包括利用电容或电感实现量子比特的局域耦合,着重介绍一维传输线谐振腔作为量子总线实现多个量子比特的可控耦合的电路量子电动力学体系,并对最新的三维腔与超导量子比特的耦合结构的研究进展进行了论述.对各种耦合体系的哈密顿量进行了比较详细的分析,并按照局域性和可控性对不同耦合机制进行了分类.     

三量子比特系统中单个谐振子诱导的量子关联（英文）

我们考虑初始无关联并且与由一个谐振子构成的环境之间互相耦合的三量子比特系统.研究了量子比特与环境的耦合强度以及量子比特的初态对量子关联的影响,我们发现环境可以诱导量子关联,提出并证明了四个命题阐述谐振子如何调控三个量子比特中量子关联的分布,并且给出了产生量子关联的条件.特别地,对于弱耦合,我们不但能够获得很多的量子关联,而且还使量子比特系统和环境始终处于分离态.一般地,量子关联动力学是很复杂的,这是由于环境起着两个互相竞争的作用:一方面诱导出各个比特之间的量子关联;另一方面又使它们发生消相干,从而破坏量子关联.     

超导-量子点耦合系统的相干输运

研究超导-量子点耦合系统的量子相干输运,主要考虑系统在微波场及Zeeman场作用下的输运电流特性.应用BCS平均场理论及非平衡格林函数技术,对超导体各极作Bogoliubov变换使其对角化,从而推导出用格林函数表示的电流公式.对几种特殊情况进行数值分析,计算出电流-电压、电流-磁场及直流Josephson电流的共振隧穿曲线.