利用测量和反馈操控量子态克服消相干

发布时间：2016-11-12 19:10

  本文关键词：利用测量和反馈操控量子态克服消相干，由笔耕文化传播整理发布。

《北京理工大学》 2015年

利用测量和反馈操控量子态克服消相干

闫妍  

【摘要】：近年来，量子信息的飞速发展引起了人们广泛的关注。实际的量子信息处理效率关键取决于量子相干性和量子纠缠。但是由于量子系统总是不可避免的与其周围环境发生相互作用，就会导致量子消相干的产生，这成为了实现量子信息处理的主要障碍。在本文中，我们主要研究了如何利用量子测量和反馈操控量子态抵抗消相干，全文内容大致分为如下三个部分： 在第一部分中，我们考虑一个量子系统与一个热库相互作用，推导出了在施加基于测量的量子反馈控制下，整个系统（包括开放量子系统和环境）演化的主方程，，恰为Lindblad形式。作为一个具体模型，我们选取一个二能级原子处在相移噪声环境中，并对其施加测量反馈操作。我们发现对于一个任意给定的量子纯态，总能找到一个相应的测量反馈方案，可以有效地将任意初态制备到这个目标纯态上。通过选取合适的基于弱测量的反馈方案，我们还可以在相移噪声中保护并稳定处于两个非正交态之一的量子态。此外，适当的测量反馈方案还可以帮助我们实现保护由两个非正交态组成的一类混态。 在第二部分中，我们推导出了一个描述约化系统在测量反馈控制下演化的主方程。在这部分里我们考虑了两种典型的消相干通道：相移耗散通道和能量耗散通道。对于一个二能级原子经过任一耗散通道，我们对描述约化系统演化的测量反馈主方程进行了求解，并得到了系统态矢演化动力学的精确解析解。基于态矢演化的解析解，我们通过选取适当的测量反馈方案，实现了任意给定量子纯态的制备，并在不同环境下比较了制备效果。此外，我们还分别在两类噪声中研究了如何更好的保护两个非正交态，发现非偏置测量基下的投影测量并不是最佳的选择，偏置测量基下的弱测量可以实现对两个非正交态最好的保护。 在最后一部分中，我们考虑了两个量子比特与一个共同的结构库相互作用，并且量子比特系统与库之间存在初始关联。通过在量子比特系统经历消相干通道的前后分别施加定域的前后测量，不仅能在开始阶段使两个量子比特之间产生更多的纠缠，而且这个产生的纠缠也能够保持更长的时间。我们主要研究了不同系统-环境初始关联对系统量子比特之间纠缠的影响，并在每种关联下分别得到了能够使纠缠最大的最佳前后测量强度。我们发现存在初始量子关联会比存在初始经典关联产生更多的纠缠，并且产生的纠缠可以维持更长的时间。我们方案对纠缠的提升依赖于演化时间、衰减率和系统的初态。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O413
【目录】：

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