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     

量子Harper模型的量子计算鲁棒性与耗散退相干

运用量子轨迹和量子Monte Carlo仿真的方法，研究耗散退相干对周期驱动的量子Harper (quantum kicked Harper, QKH)模型量子计算的影响.数值仿真结果表明，一定强度的耗散干扰将破坏QKH特征状态的动态局域化以及相空间的随机网结构.以相位阻尼信道噪声模型为例分析了保真度的衰减规律以及可信计算时间尺度.与静态干扰相比，在干扰强度小于某一阈值时，耗散干扰下的可信计算时间尺度随量子比特的增加而快速下降；而在干扰强度大于该阈值时，静态干扰下的可信计算时间尺度下降更快.     

量子Harper模型的量子计算鲁棒性与耗散退相干

运用量子轨迹和量子Monte Carlo仿真的方法,研究耗散退相干对周期驱动的量子Harper (quantum kicked Harper, QKH)模型量子计算的影响.数值仿真结果表明,一定强度的耗散干扰将破坏QKH特征状态的动态局域化以及相空间的随机网结构.以相位阻尼信道噪声模型为例分析了保真度的衰减规律以及可信计算时间尺度.与静态干扰相比,在干扰强度小于某一阈值时,耗散干扰下的可信计算时间尺度随量子比特的增加而快速下降;而在干扰强度大于该阈值时,静态干扰下的可信计算时间尺度下降更快. 关键词： 量子计算 量子Harper模型 主方程 量子Monte Carlo方法     

球型量子点量子比特的声子退相干效应

采用求解能量本征方程、幺正变换及变分相结合的方法,研究声子效应对球型量子点中电子-声子系（极化子）能量、量子比特性质的影响。数值计算表明,能量随量子点尺寸的增大而减小,说明量子点具有明显的量子尺寸效应;当考虑声子效应时,能量、量子比特的振荡周期均减小,说明声子效应使得量子比特的相干性减弱;且量子比特内各空间点的概率密度均随时间做周期性振荡,不同空间点的概率密度随径向坐标和角坐标的变化而变化。     

球型量子点量子比特的声子退相干效应

采用求解能量本征方程、幺正变换及变分相结合的方法,研究声子效应对球型量子点中电子-声子系（极化子）能量、量子比特性质的影响。数值计算表明,能量随量子点尺寸的增大而减小,说明量子点具有明显的量子尺寸效应;当考虑声子效应时,能量、量子比特的振荡周期均减小,说明声子效应使得量子比特的相干性减弱;且量子比特内各空间点的概率密度均随时间做周期性振荡,不同空间点的概率密度随径向坐标和角坐标的变化而变化。     

三量子位系统的消相干和退纠缠

基于多谐振子热库环境模型,采用求解非马尔可夫近似主方程方法,研究了三量子位系统由于相对位相变化引起的消相干和退纠缠.计算得到了初始态为GHZ-class态、W-class态和WGHZ-class态在演化过程中的消相干和退纠缠时间尺度.结果表明,对初始GHZ-class态,相干性全部丧失,退纠缠完全发生,纠缠度变为0;对初始W-class态,相干性和纠缠度被保持;对初始WGHZ-class态,消相干部分发生,纠缠首先随时间变化最后达到一个渐近值.     

三维传输子量子比特的退相干参数表征

超导量子比特的退相干时间是决定超导量子计算能否实现的重要指标之一. 文章以三维传输子量子比特(3D transmon)为研究对象, 在氧化硅衬底上制备了三维传输子量子比特, 并在超低温下(10 mK), 采用拉比振荡(Rabi oscillation)、能量弛豫(energy relaxation)、 拉姆齐条纹(Ramsey fringe)、自旋回波(spin echo)的方法, 对其进行了详细的退相干时间常数表征. 结果显示该量子比特的退相干时间在几百纳秒. 根据几种退相干时间的关系进行计算, 可以看出, 低频噪声目前不是影响量子比特退相干的最主要因素, 而氧化硅中的缺陷可能是样品退相干时间的主要瓶颈. 关键词： 三维传输子量子比特 拉比振荡 拉姆齐条纹 自旋回波     

量子点腔非谐振耦合系统纯退相干的特性及应用

采用非相干泵浦、受激辐射和纯退相干的量子主方程研究了量子点腔耦合系统,得出腔与量子点发射光谱解析解.理论分析显示,在非谐振耦合系统中纯退相干能使腔发射谱产生明显的移位效应,从而可以解释“非谐振耦合腔有效发射”效应.为了进一步研究纯退相干在量子点腔耦合系统上的应用,引入了系统有效耦合率和单光子源效率,并通过比较有效耦合率与腔耗散定义出好腔与坏腔机制.选取两组依据实验数据作为参量,在共振与失谐时研究了纯退相干对系统有效耦合率和单光子源效率的影响.结果表明:纯退相干可提高失谐系统有效耦合率与单光子源效率,从而可能使坏腔转变为好腔|两组参量中有较大耦合效率一组在一定范围内满足好腔机制,其单光子源效率明显优于另一组.在非谐振耦合系统比较了好腔机制与坏腔机制的激光,好腔机制是实现单量子点激光的必要条件|由于非谐振耦合系统Fano因子无最大值出现,从而该系统可能无激光阈值.     

量子点腔非谐振耦合系统纯退相干的特性及应用

采用非相干泵浦、受激辐射和纯退相干的量子主方程研究了量子点腔耦合系统,得出腔与量子点发射光谱解析解.理论分析显示,在非谐振耦合系统中纯退相干能使腔发射谱产生明显的移位效应,从而可以解释"非谐振耦合腔有效发射"效应.为了进一步研究纯退相干在量子点腔耦合系统上的应用,引入了系统有效耦合率和单光子源效率,并通过比较有效耦合率...     

腔场初始态对两量子比特空间退相干的影响

研究了两个二能级原子与一个单模腔场的相互作用中,腔场的不同初始态对原子间相对位置退相干的影响。从描述原子间相对位置状态的约化密度矩阵出发,假设原子间相对位置为两个高斯波包的叠加态,讨论了当腔场初始态分别为热态、Fock态和压缩态情况下,原子与光场的相互作用对两原子间相对位置相干性的影响。发现腔场的初始态不同,原子间相对位置的退相干情况有所不同。当腔场初始态为热态或Fock态时,原子间相对位置的相干性会周期性的衰减和回复,而当腔场初始态为压缩态时,原子间相对位置会出现部分退相干,且退相干程度与原子间相对位置的大小成余弦变化关系。     

级联四能级光学量子相干系统子类型的结构多样性

级联型四能级系统由于具有6个可能的光学跃迁通道,因而有许多现实的子类型可供光学量子相干效应的理论和实验探讨。利用布尔代数方法,按照可能存在的跃迁通道,结合电偶极跃迁选择定则,研究了级联四能级系统的所有的通道子类型,得到了17个三通道和2个四通道的现实通道子类型。然后,仅仅按照涉及的光场的强弱来区分,又得到了168种现实强度子类型。这种子类型的结构多样性为量子光学、量子信息科学和精密光谱学等理论及应用研究提供了更灵活的能级选择。     

Majorana费米子与拓扑量子计算

1937年,Majorana发现Dirac所提出的相对论性协变的电子波动方程,在另一个表象下所得到解可以描述不带电荷的费米子,具有与Dirac费米子不同的性质。在基本粒子领域,对这种Majorana费米子的寻找至今一直在进行中;而在凝聚态物理领域,对拓扑超导体和分数量子霍尔态的研究,人们已经发现了与Majorana费米子有相同行为的准粒子。特别是在二维拓扑超导体系中出现的涡旋元激发包含了零能量的Majorana准粒子,它们在交换操作下表现出非阿贝尔的统计性质,因而有望借以实现拓扑量子计算。文章系统地介绍了凝聚态物质系统中获得Majorana费米子的理论模型和物理实现,并进一步介绍了与之相关的拓扑量子计算的实现方法。     

双能态自旋-晶格声子耦合量子隧道系统的非经典能态和量子相干耗散

采用关联表象变分波函数方案, 介入三个非经典关联效应, 求解有限温度双能态自旋-晶格声子耦合量子隧道系统的非经典态, 着重研究化解由于粒子自旋-单声子相互作用引起的量子涨落导致双能态系统的退相干性量子耗散. 这三个非经典关联效应是: 1) 声子位移-粒子自旋 (σ_z)间强非绝热关联; 2) 声子压缩态效应及其伴随发生的单声子相干态-声子压缩态两过程相干效应; 3) 由关联表象导致的声子位移(U_D)与声子压缩(U_S)的表象关联非绝热修正. 结果表明: 由于引入粒子自旋-双声子相互作用, 大幅度地增强了声子场压缩态, 特别是更进一步极大幅度地增强了非经典压缩-相干态效应. 因此, 由粒子自旋-单声子相互作用产生的Debye-Walle相干弹性散射效应导致量子隧道项(-Δ₀σ_x)的强烈指数衰减及其伴随严重的量子相干损失的极大幅度的抑制, 并且自旋-晶格声子耦合量子隧道系统的非经典态能量大幅度降低. 关键词： 非经典能态 量子隧穿相干损失 自旋-双声子相互作用 压缩相干态效应     

经典混沌系统在相应于初始相干态的量子子空间中的随机性

Poincare截面是反映经典系统是否达到混沌的有力手段,无规矩阵理论被看成是显示量子系统规则运动与不规则运动特征的有效方法．那么,当一个经典相点在混沌体系的某一能量面E₀上的不变环面被全部破坏后,与这一相点所对应的中心能量E₀等于E₀的相干态波包在它所占据的量子系统的子空间中有何表现呢？以原子核Lipkin模型为例,用重整化约化方法,对SU（3）群的广义相干态所占据的量子子空间进行了约化后对其中有关量的随机性作了考察,结果表明,在这样的等效子空间内能级间距的涨落,等效哈密顿量的矩阵元以及从可积体系的子空间到这一等效子空间的一一映射的矩阵元的分布均与无规矩阵理论的预言相符合,从而为进一步研究经典部分可积体系的量子表现奠定了基础. 关键词：     

双模压缩真空态与原子相互作用中的量子纠缠和退相干

考虑双模压缩真空态光场与环境(原子)通过双光子过程发生相互作用,分别用量子约化熵和量子相对熵研究了在此作用过程中双模光场和原子间的纠缠以及双模光场的模间纠缠 关键词： 双模压缩真空态 量子纠缠 量子约化熵 量子相对熵     

双模场与原子相互作用中的量子纠缠和内禀退相干

通过求解系统的Milburn方程，研究了两能级原子与双模SU(1,1)相干态光场发生相互作用系统中，原子与场的纠缠及双模SU(1,1)相干态场的模间纠缠随时间的演化问题，讨论了内禀退相干、双模光子数差等对纠缠度的影响.结果表明，存在内禀退相干时，随着时间的演化，场-原子纠缠逐渐减小到一个确定值，而模间纠缠逐渐增大到一个确定值，两者演化的最终值只取决于双模光子数差和平均光子数，而与内禀退相干因子无关. 关键词： Milburn理论 SU(1 1)相干态 量子约化熵 量子相对熵     

Kerr介质中耦合V型三能级原子与相干态光场作用场的量子性质

研究了Kerr介质中相干态光场与耦合V型三能级原子相互作用过程中场的量子性质.利用量子光学中光场与原子相互作用的耦合Tavis-Cummings模型,对系统的动力学过程进行了求解.讨论了系统初始状态、失谐量、原子间偶极相互作用强度及Kerr系数对光场量子性质随时间演化的影响.数值计算结果表明:初态中场的平均光子数比较小...     

Kerr介质中耦合V型三能级原子与相干态光场作用场的量子性质

研究了Kerr介质中相干态光场与耦合V型三能级原子相互作用过程中场的量子性质.利用量子光学中光场与原子相互作用的耦合Tavis-Cummings模型,对系统的动力学过程进行了求解.讨论了系统初始状态、失谐量、原子间偶极相互作用强度及Kerr系数对光场量子性质随时间演化的影响.数值计算结果表明:初态中场的平均光子数比较小时,光场能够展现出明显的量子效应|初始时刻原子激发态概率幅从小变大时,光场的反聚束效应变得越明显,而光场的压缩深度会先增大后减小|失谐量的变化对场的量子性质的影响不大,只是改变光场二阶相关函数和压缩参量振荡的周期|原子间耦合强度的增大使光场的反聚束效应减弱和光场的压缩深度变浅|Kerr系数的增大会增强光场的反聚束效应,而使光场的压缩深度变浅.     

微波驱动下超导量子比特与磁振子的相干耦合

实验上展示了钇铁石榴石(YIG)晶体小球中磁振子与超导量子比特的驱动缀饰态之间的相干强耦合,磁振子的加入使得在超导量子比特中形成了双重缀饰态.实验中一个钇铁石榴石晶体小球与一个超导量子比特同时放置在三维谐振腔中,分别通过磁偶极相互作用和电偶极相互作用与谐振腔中的本征场(TE102模式)耦合,并通过腔模作为媒介实现两者之间的有效相干强耦合.给超导量子比特施加一个共振的微波驱动并改变驱动强度,测得耦合系统能级劈裂随驱动强度的变化,并理论上利用粒子-空穴对与玻色场耦合的模型做了计算.在大部分的驱动强度范围内实验结果都与理论计算结果符合得较好,表明驱动下的比特-磁振子耦合系统可以用来模拟粒子-空穴对称对与玻色场的耦合系统.本文使用的混合量子系统为模拟玻色子与费米子的混合系统提供了一个新途径.