铷原子中光场轨道角动量量子逻辑门产生的理论与实验研究

发布时间：2021-09-15 07:50

　　随着计算机技术的发展,传统计算机的计算速度、能耗、集成度等指标的限制已经不能满足计算需求,此时量子计算机应运而生。量子计算机的基础是如何实现单量子位逻辑门、二量子位逻辑门及多量子位逻辑门的操作。一方面,利用光与物质相互作用使得介质的非线性光学效应明显增强,这一效应在量子光学、量子计算、量子信息处理、非线性光学领域有极大的应用前景。另一方面,光除了偏振、光强等特性,光子的轨道角动量（OAM）特性为光子开辟了新的自由度。由于OAM值可以有无穷个分立值,所以无穷个OAM值可以构成无穷维的希尔伯特空间,这一特性使得OAM可以在经典光学和量子光学中进行高维量子态编码。利用光束的OAM编码作为量子位实现量子逻辑门成为量子信息方向新的研究热点。本文利用原子介质良好的量子相干性,以及利用OAM在光与物质相互作用过程中传递性,对携带不同轨道角动量的拉盖尔-高斯光束（LG）的空间模式进行编码从而实现二量子位量子逻辑门。在此基础上重点研究了在铷原子介质中量子逻辑门的实现过程、量子逻辑门空间特性以及利用光场对量子逻辑门进行调控。本论文的主要研究内容如下:第一,铷原子三能级系统中量子逻辑门的实现。首先对携带不同... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：118 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

铷原子能级结构图

图1.2 C-NOT 量子门等效的物理过程物理过程也可以通过图 1.2 中的光子激发与辐射过，基态表示为|0 0 量子态，其它激发态分别为| 和|1 编码在原子各个能级上，利用原子相干原|0 1 能级间的跃迁频率为2 ，|0 0 到|1 0 能级间能级相同， 等于 ，在三能级系统中也能实现态时，图中|1 1 由于光场和能级之间的非线性作距离为 ，其它量子态所处的能级保持不变。照射时，此频率与能级间|1 0 |1 1 共振，此时但其他量子态之间的转换由于与能级跃迁频率不就实现了能级上的 C-NOT 的操作。li 门)仅当两个控制位都处 1 时，才对第 3 位即靶位执这种三位门的逻辑操作过程叫做经典 Toffoli 门，包

[78-81]等方面。图1.4 (a)轨道角动量引起的粒子转动；(b)自旋角动量引起的粒子转动光束的角动量分为两种，一个是轨道角动量，另外一个为自旋角动量。当携带这种角动量信息的光子探测微小粒子时，其角动量会转移并且使得粒子发生旋转，可以通过这种方法对粒子进行操控，把这种现象称之为光镊、光操纵现象。轨道角动量的值是自旋角动量的千倍，图 1.4(a)代表用轨道角动量旋转粒子的情形，(b)代表用自旋角动量旋转粒子的情形。此后，轨道角动量光束进入快速发展期，1995 年 Queensland 大学在实验上观测到携带轨道角动量信息的光束其 OAM 转移到 CuO 粒子中，CuO 粒子发生旋转现象[82]

【参考文献】：
期刊论文
[1]Quantum storage of orbital angular momentum entanglement in an atomic ensemble[J].   Science Foundation in China. 2015(03)
[2]均匀原子介质中四波混频产生艾里光束的研究（英文）[J]. 李莉,李姝丽,张云哲,李院院,徐可为.  激光与光电子学进展. 2015(08)
[3]用反射式纯相位液晶空间光调制器产生涡旋光束[J]. 薄斌,门克内木乐,赵建林,程明,杜娟,宁安琪.  光电子.激光. 2012(01)
[4]量子计算的进展和展望[J]. 周正威,涂涛,龚明,李传锋,胡勇,杨勇,郭光灿.  物理学进展. 2009(02)



本文编号：3395691