耦合腔中利用量子反馈控制实现量子态操纵和量子门操作的理论研究

项目名称： 耦合腔中利用量子反馈控制实现量子态操纵和量子门操作的理论研究

项目编号： No.11205037

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 物理学II

项目作者： 宋杰

作者单位： 哈尔滨工业大学

项目金额： 22万元

中文摘要： 目前抑制环境噪声的破坏效应是在执行量子信息处理时急需解决的问题，我们将在耦合腔系统中设计各种量子反馈控制减小噪声的影响。首先找到通过一步过程制备不同种类的多体纠缠的动力学机制，通过探测每个腔中的衰减光子对原子实施反馈操作，使得制备的多体纠缠能够有效的分布于量子节点中。然后探索利用量子反馈控制实现多比特量子门操作的方法，选取原子的能级结构、系统参数以及优化的反馈操作来提高执行量子门的保真度，而量子门的操作时间不会随着比特数目的增加而增加。最后选择原子系综作为量子比特，设计反馈作用于囚禁在远程和近程腔中的原子，在两个原子系综之间获得稳定的量子关联，从而为实现混态量子计算提供可靠的资源。该项目的研究对于在噪声环境中实现分布式量子信息处理具有重要的学术价值。

中文关键词： 量子噪声；量子纠缠；量子反馈；量子测量；

英文摘要： Nowadays the destructive effect of decoherence on performing quantum information processing needs to be reduced, thus we will design different quantum feedback controls to suppress the effect of noise in coupled cavities. Firstly, we study the dynamics mechanism for one-step generation of various multi-body entanglements. By detecting the photon decays from each cavity, feedback operations are implemented on the corresponding atoms, so that multi-body entanglements can be distributed to quantum nodes effectively.Secondly,we investigate how to implement N-qubit quantum gate via quantum feedback control. By choosing atomic level structure, the parameters of system, and the optimized feedback operation, the fidelity of gate operation can be improved in the noisy environment. The operation time will not increase with the increasing number of qubits. Finally, we use atomic ensembles as information bits. The steady-state quantum correlations between two atomic ensembles can be gained when feedback control is implemented on the atoms trapped in short-distance or long-distance cavities，thereby the quantum state can be useful resources for mixed-state quantum computation purpose. The research of the project has important academic significance for distributed quantum information processing in noisy environment.

英文关键词： Quantum noise；Quantum entanglement；Quantum feedback；Quantum measurement；