多量子比特Rabi模型的量子模拟及其在量子信息中的应用

论文摘要

量子Rabi模型是描述光和物质相互作用的基础模型,在许多物理系统中都起着非常重要的作用。在本文中,我们提出了一种实验可行的理论方法,通过该方法在一个超导线路系统中模拟多量子比特Rabi模型。我们可以借助外部的横纵驱动场得到描述多量子比特Rabi模型的哈密顿量。在模拟中我们会发现,谐振腔的有效频率和量子比特的有效能量都随着外部驱动参数的变化而变化,这样我们就可以通过调节驱动频率和振幅使模拟系统处于更强的耦合区。通过数值模拟,我们探究了多量子比特系统在不同耦合强度下演化态保真度随时间变化情况。模拟结果表明,该系统在一个大范围的参数空间里都有很高的保真度。接下来,我们在模拟出的这个多量子比特Rabi模型系统的基础上,分别探究了它在量子信息处理中的一些应用。比如,我们得到了两比特量子门,薛定谔猫态,多量子比特GHZ态。其中,1.我们得到了一个具有最大纠缠能力的两比特量子门,它与CNOT门局域等价,并且即使在系统受到环境扰动时,它也有较高的保真度。2.我们制备了薛定谔猫态,研究了猫态的位移量随参数和量子比特数的变化情况。3.我们也研究了耗散对薛定谔猫态和GHZ态的影响,研究表明,无论系统是否受到环境的扰动,薛定谔猫态和多量子比特GHZ态都有很高的保真度。最后,我们用类似的方法模拟了在一个量子比特与双模谐振腔相互作用的情况下系统的有效哈密顿量,通过调节外部控制场的频率和振幅可以使系统实现更强的耦合。借助该系统,我们得到了介观三体纠缠态和双光子薛定谔猫态。

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摘要

Abstract

引言

1.1 量子化的光与物质间的耦合

1.1.1 原子的两级近似及其自旋模型

1.1.2 光场的量子化

1.1.3 量子Rabi模型与J-C模型

1.1.4 量子Rabi模型的超强和深强耦合

1.2 电路量子电动力学

1.3 量子逻辑门

1.3.1 单比特量子门和两比特量子门

1.3.2 量子门的等价性

1.4 量子纠缠态

1.4.1 量子纠缠态

1.4.2 量子纠缠的度量

1.5 文章结构安排

第二章 Rabi模型的量子模拟

2.1 超导线路中Rabi模型的量子模拟

2.1.1 广义半经典Rabi模型的量子模拟

2.1.2 量子Rabi模型的模拟

2.2 其他系统中Rabi模型的量子模拟

2.3 本章小结

第三章多量子比特Rabi模型的量子模拟及应用

3.1 多量子比特Rabi模型的量子模拟

3.1.1 多量子比特Rabi模型的模拟

3.1.2 多量子比特Rabi模型的保真度

3.2 有效哈密顿量的应用

3.2.1 两量子比特相位门的实现

3.2.2 薛定谔猫态的生成及评估

3.2.3 多体纠缠态的生成及评估

3.3 本章小结

第四章双模腔场量子Rabi模型的构建及三体纠缠态的生成

4.1 超导线路中双模腔场量子Rabi模型的构建

4.2 介观纠缠态的生成

4.2.1 一个超导量子比特和两模腔场的三体纠缠态

4.2.2 三体纠缠态量子纠缠的测量

4.2.3 双光子薛定谔猫态的生成

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

在学期间公开发表论文及著作情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李佳伦

导师: 薛康

关键词: 量子纠缠态,量子逻辑门,量子模型,超导线路系统

来源: 东北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 东北师范大学

分类号: O431.2

总页数: 47

文件大小: 1933K

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多量子比特Rabi模型的量子模拟及其在量子信息中的应用

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