实现量子逻辑门的一种多原子方案

考虑通过光纤连接的两个单模光学腔，每个腔中都束缚有多个二能级原子，原子与腔模集体共振相互作用，但原子之间没有直接的相互作用。在这样的系统中，我们发现，束缚在两个腔中的两团原子之间可以确定性地实现可靠的量子交换门，量子纠缠门和量子控制z门。与单原子方案比较，我们发现，多原子方案使得量子逻辑门的速度增大√N倍。同时，我们还注意到，共振相互作用能够加快量子控制Z门的实现速度。如果计人原子自发辐射和腔损对量子逻辑门的影响，我们发现，量子逻辑门保真度受耗散的影响随着原子数目的增大而减小。此外，在共振相互作用下，原子自发辐射和腔损对控制Z门的影响显著减小。     

非绝热几何量子逻辑门的脉冲设计

量子逻辑门是实现量子计算的基本组件之一,而高保真度和高鲁棒性是量子逻辑门必不可少的关键性质。在实现量子逻辑门的各种方法中,利用几何相位的全局特性来构造量子逻辑门是一个有效的方法,它可以对一些局域扰动有比较好的容错性。本文在非绝热几何量子计算的框架下,在三能级系统中构造出了任意的单比特量子逻辑门,并创建出在实验中方便实现的脉冲形式。本文进一步研究了量子系统中存在频率失谐和脉冲振幅偏差的情况,并考虑量子系统与环境之间的退相干效应,以设计出具有更好鲁棒性能的脉冲波形。     

激光混沌并联同步及其在全光逻辑门中的应用研究

提出多量子阱激光器混沌“主-从-响应”式结构同步系统,研究其并联同步在光学逻辑门中的应用. 利用一个注入多量子阱激光器混沌系统注入驱动实现了两个响应多量子阱激光系统的混沌并联同步,同时还获得了“主-从”式结构的混沌同步. 基于响应子系统的混沌并联同步思想,提出了全光逻辑门的基本理论模型并定义了计算原则与方法. 利用光的外部调制方法对两个驱动光进行调制与控制,让两个响应子系统实现同步与非同步,使系统获得了并具有全光逻辑门函数功能与特点,并成功地进行了数字逻辑计算. 具体提出了全光XNOR、NOR、NOT等逻辑门及逻辑计算方法,数值模拟结果证明了系统方案的可行性. 关键词： 混沌 同步 逻辑门 多量子激光器     

单离子阱中基本量子逻辑单元的实现

建议了一种利用单个囚禁冷却离子实现基本量子逻辑门操作(单比特门和两比特受控旋转门)的理论方法,通过数值计算给出了各种相关实验参量的合理设置要求.在这一方案中,量子逻辑门的操作既不要求离子辅助能级的参与,也不限定只在弱耦合的LambDicke区内进行,因而将更容易地为实验所实现 关键词： 量子计算机 受控量子逻辑门操作 LambDicke耦合参数     

核磁共振实现基本量子逻辑门和量子分立付里叶变换

本文详细研究了利用核磁共振方法实现基本量子逻辑操作,提出了实现量子分立付里叶变换的实验方案,设计了可供实验的脉冲系列,为实验研究量子分立付里叶变换提供了具体方案。     

逻辑门操控腔内多光子过程中原子最大相干性恢复

考虑初始处于最大纠缠态的两全同二能级原子,将其中一个注入单模真空态腔场中发生多光子共振相互作用,将腔外原子及腔场视为腔内原子的环境,研究通过操作腔外原控制腔内原子最大相干性恢复。考察对腔外原子作Haddmard(H)逻辑门操作及基态测量前后,腔内原子约化密度矩阵非对角元时间演化曲线。结果表明：对腔外原子操作前,腔内任意 光子过程原子密度矩阵非对角元任意时刻都为零,总是处于混合态或经典态,相干性不能恢复。对腔外原子操作后,在光子数 过程中,腔内原子密度矩阵非对角元呈现周期为 的时间演化,在 时刻最大相干性恢复及态被制备。对于多光子（ ）的过程,腔内原子密度矩阵非对角元时间演化呈高频振荡,振幅呈非线性变化,最大相干性恢复周期变小、恢复次数增多。通过利用腔场与原子之间的共振相互作用和原子之间的纠缠,可实现腔内原子相干性恢复远程控制。与单光之过程相比,多光子过程更有利于原子相干性的恢复。     

逻辑门操控腔内多光子过程中原子最大相干性恢复

考虑初始处于最大纠缠态的两全同二能级原子,将其中一个注入单模真空态腔场中发生多光子共振相互作用,而将腔外原子及腔场视为腔内原子的环境,研究通过操作腔外原子实现腔内原子最大相干性恢复调控.考察对腔外原子作Hadamard门操作及基态测量前后两种情况下,腔内原子约化密度矩阵非对角元时间演化曲线.结果表明:对腔外原子操作前,腔内原子总是处于混合态或经典态,相干性不能恢复;对腔外原子操作后,腔内原子密度矩阵非对角元呈现周期性演化,最大相干性可周期性恢复,而且最大相干性恢复周期随光子数目k增大而变小.通过利用腔场与原子之间的共振相互作用和原子之间的纠缠,可实现腔内原子相干性恢复远程控制,与单光之过程相比,多光子过程更有利于原子相干性的恢复.     

离子阱中以声子为媒介的多体量子纠缠与逻辑门

高保真度的多离子纠缠和量子逻辑门是离子阱量子计算的基础.在现有的方案中, M?lmer-S?rensen门是比较成熟的实现多离子纠缠和量子逻辑门的实验方案.近年来,还出现了通过设计超快激光脉冲序列,在Lamb-Dicke区域以外实现超快量子纠缠和量子逻辑门的方案.这些方案均借助离子链这一多体量子系统的声子能级来耦合离子之间的自旋状态,并且均通过调制激光脉冲或设计合适的脉冲序列解耦多运动模式,来提高纠缠门的保真度.本文从理论和实验层面分析了这些多体量子纠缠和量子逻辑门操作的关键技术,揭示了离子阱中利用激光场驱动离子链运动态,通过非平衡过程中的非线性相互作用,来实现量子逻辑门的基本物理过程.     

使用DNA分子实现逻辑门操控

DNA分子编码地球上所有形式的生命,可以论证:就数据存储和处理而言,它们是已知的最强有力的媒介.然而,迄今DNA几乎没有被用于计算机,其原因主要是:缺乏一种方法,能够将生命分子转换成器件,而后者可以完成逻辑操作.最近,来自韩国先进科技研究院的Park等在应用化学国际杂志(Angew.Chem.Int.Edn49,9757-9760(2010))上撰文,报告了他们在DNA分子逻辑门操控方面的进展.     

光学并行阵列逻辑门系统整体结构以及液晶编码脉动进位加法器的优化设计及其实现

本文报道了利用布尔偏振编码逻辑代数(BPLA)理论来设计光学并行阵列逻辑门及液晶编码脉动进位加法器的详细过程,最后给出了加法器的实验结果。     

光学并行阵列逻辑门系统整体结构以及液晶编码脉动进位加法器的优化设计及其实现

本文报道了利用布尔偏振编码逻辑代数（ＢＰＬＡ）理论来设计光学并行阵列逻辑门及液晶编码脉动进位加法器的详细过程，最后给出了加法器的实验结果。     

基于多铁纳磁体的择多逻辑门三维磁化动态特性研究

建立了多铁纳磁体择多逻辑门的三维磁化动态模型,并施加应变时钟(应力或电压)对多铁择多逻辑门的择多计算功能进行了动态仿真,同时分析了应变时钟工作机制以及它与择多逻辑门可靠转换之间的关系.仿真结果表明所建三维动态模型准确地描述了择多逻辑门的工作机制,在30 MPa应力作用下,择多逻辑门接受新输入实现了正确的择多计算功能.研究还发现对中心纳磁体和输出纳磁体依次撤去应变时钟时,提前撤去输出纳磁体上的应力会降低择多逻辑门的正确计算概率,而延迟撤去输出纳磁体上的应力会降低择多逻辑门的工作频率.研究结果深化了人们对多铁择多逻辑门动态特性的认识,可为多铁逻辑电路的设计提供重要指导.     

用激光-二能级原子系统实现一位通用量子逻辑门

使用代数动力学方法，对激光-二能级原子系统的含时薛定谔方程进行求解.该系统哈密顿量具有SU(2)代数结构，得到了严格解.基于严格解，适当调节单模激光场的频率和振幅以及短脉冲激光与二能级原子的二阶虚光子作用强度，可实现一位通用量子逻辑门. 关键词： 代数动力学 激光-二能级原子系统 一位量子逻辑门     

基于共振里德伯偶极-偶极相互作用的双反阻塞机制及量子逻辑门的实现

里德伯原子由于具有较长的能级寿命和易于操控的特点已成为卓越的信息载体之一.近年来,关于里德伯原子性质的研究得到逐步的发展和完善,特别是基于里德伯原子间范德瓦耳斯力诱导的单能级里德伯阻塞和反阻塞效应.然而,随着原子间距离的改变,里德伯相互作用将导致更加复杂的动力学行为.本文主要研究在原子间距小于其特征长度的情况下,如何根据构建的里德伯反阻塞及双反阻塞机制一步实现两量子比特控制相位门和交换门,在此范围内的原子间相互作用将涉及多个能级的布居交换.数值模拟表明:里德伯阻塞与双反阻塞机制的解析和数值结果能够达到高度一致,理想情况下控制相位门和交换门的平均保真度分别为99.35%和99.67%,此结果对于抵抗高激发里德伯态的自发辐射具有一定的鲁棒性.希望本文的研究能够为里德伯原子系统中实现大规模容错量子计算提供必要的理论支持与实验依据.