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基于腔和量子点系统的量子信息处理
量子信息科学是利用物理体系独特的量子力学性质对信息读取、存贮、处
理、计算、编码和传输的一门新兴的科学，它是现代信息技术发展的必然结
果。量子信息科学呈现出的很多新奇的性质是经典信息科学无法比拟的，例
如：量子叠加性能够使量子体系以并行的方式运算，从而大大提高了运算速
度；量子不可克隆定理使人们能够建立绝对安全的密码体系；量子纠缠又可以
起连接不同空间的量子网络节点的作用，从而实现分布式量子计算。总之，量
子信息科学的发展为未来信息技术的发展勾勒出醉人的蓝图。现今量子信息处
理过程可以在不同系统中实现，如核磁共振、线性光学、离子阱、超导约瑟夫
森结、腔QED和量子点等。每种体系都有自己的优缺点。当前而言，由于腔
QED和量子点体系可以提供一个较容易的产生纠缠态和实现最子信息过程的
近乎理想的平台，所以它们被认为是很有前景的体系，这也是本人试图将其作
为博士论文主要动机之一，本论文在以下几个方面取得了一定的进展并有所创
(1)提出了几个利用受激拉曼绝热通道制备纠缠态的理论方案。在两原子
二维的方案中，当两个原子和腔的耦合强度不同时，我们也可以得到很高的保
真度，这是以前其他方案所没有的。在三维纠缠态的情况下，模拟显示在现有
的实验条件下，我们也可以得到具有很高的纠缠保真度，相对于以前的三维纠
缠态制备方案我们的方案更加简洁，更具有实验可行性，这对于以后的高维量
子计算的发展会起到积极的意义。我们首次提出了利用受激拉曼绝热通道在两
个耦合腔中制备单原子和BEC的j三维纠缠态的方案，在此方案中BEC的所有
原子都会和光腔同一腔模强耦合从而大大的增加了它们之间的相互作用强度。
经过数值模拟发现当腔衰减以及原子的自发辐射和原子一腔耦合强度相当时纠
缠态的保真度还可以高达97％，这是其它以前方案不可比拟的优点。此部分工
pf．(SCI二区)接收。
作分别发表在opt．Comm．，(SCI三区)和已被0pt．Ex
(2)首次提出利用空穴隧道效应来替代文献【Nature
中的电子隧道效应来实现这类垂直生长的双量子点之间的超快或者绝热相位门
的方案。在超快相位门中，和文献[Natul_e
案中两个量子点之间的电子初始时是没有相互作用的，直到光激发的可以隧穿
的空穴出现，这样的相互作用可以用光来操控使其打开或者关闭。我们方案的
最大优点是可扩展性，我们方案还会使单比特操作更加容易，而文献【Nature
间中的其中一个基矢做一个旋转而利用Pauli不相容原理避免其他的三个基矢变
化。我们的计算和模拟结果显示利用三束激光我们可以在10皮秒内实现一个保
真度超过90％的相位门。这项工作得到了审稿人的高度评价并发表在了【Phys．
子态基本上没有激发，从而大大的降低激子复合过程丽带来的退相干对我们相
位门的影响。我们这两个方案对以后基于半导体芯片的量子计算机的研制有着
积极的促进作用。
(3)首次提出了一个制各两个不同光共振频率的远距离量子点纠缠态的方
案。最子点被偏振为y的激光场驱动，然后最子点和腔内产生偏振为H的相干
光发生纠缠。通过对两个腔一量子点系统输出光场的不可区分性测量，我们可
以实现这两个量子点之间的纠缠。此方案可以推71‘到多个量子点的情况从而实
现量子点之间纠缠网络的确定性的连接，这对以后量子互联网络的发展会有重
要的意义。这种确定性的纠缠网络是以前没有的，我们相信此方案会给量子网
络带来较大的革新。
本论文基于腔QED和量子点系统对量子计算的实现方式进行了探索性的研
究，提出了一些可行性强、简单新颖的方案。值得注意的是，本文中的方案就
目前的科学技术水平和实验条件丽言，均可在实验室的层面得以实现，其中一
些工作已得到了国际同行的极大认可并发表在了国际权威的刊物上。
关键词：量子信息；纠缠态；腔QED；量子点；量子网络；量子受控相位门。
lnfOrmatlonPrOceSsingCaVity
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中国海洋大学
博士学位论文
基于腔和量子点系统的量子信息处理
姓名：陈立波
申请学位级别：博士
专业：海洋信息探测与处理
指导教师：顾永建
基于腔和量子点系统的量子信息处理
量子信息科学是利用物理体系独特的量子力学性质对信息读取、存贮、处
理、计算、编码和传输的一门新兴的科学，它是现代信息技术发展的必然结
果。量子信息科学呈现出的很多新奇的性质是经典信息科学无法比拟的，例
如：量子叠加性能够使量子体系以并行的方式运算，从而大大提高了运算速
度；量子不可克隆定理使人们能够建立绝对安全的密码体系；量子纠缠又可以
起连接不同空间的量子网络节点的作用，从而实现分布式量子计算。总之，量
子信息科学的发展为未来信息技术的发展勾勒出醉人的蓝图。现今量子信息处
理过程可以在不同系统中实现，如核磁共振、线性光学、离子阱、超导约瑟夫
森结、腔QED和量子点等。每种体系都有自己的优缺点。当前而言，由于腔
QED和量子点体系可以提供一个较容易的产生纠缠态和实现最子信息过程的
近乎理想的平台，所以它们被认为是很有前景的体系，这也是本人试图将其作
为博士论文主要动机之一，本论文在以下几个方面取得了一定的进展并有所创
(1)提出了几个利用受激拉曼绝热通道制备纠缠态的理论方案。在两原子
二维的方案中，当两个原子和腔的耦合强度不同时，我们也可以得到很高的保
真度，这是以前其他方案所没有的。在三维纠缠态的情况下，模拟显示在现有
的实验条件下，我们也可以得到具有很高的纠缠保真度，相对于以前的三维纠
缠态制备方案我们的方案更加简洁，更具有实验可行性，这对于以后的高维量
子计算的发展会起到积极的意义。我们首次提出了利用受激拉曼绝热通道在两
个耦合腔中制备单原子和BEC的j三维纠缠态的方案，在此方案中BEC的所有
原子都会和光腔同一腔模强耦合从而大大的增加了它们之间的相互作用强度。
经过数值模拟发现当腔衰减以及原子的自发辐射和原子一腔耦合强度相当时纠
缠态的保真度还可以高达97％，这是其它以前方案不可比拟的优点。此部分工
pf．(SCI二区)接收。
作分别发表在opt．Comm．，(SCI三区)和已被0pt．Ex
(2)首次提出利用空穴隧道效应来替代文献【Nature
中的电子隧道效应来实现这类垂直生长的双量子点之间的超快或者绝热相位门
的方案。在超快相位门中，和文献[Natul_e
案中两个量子点之间的电子初始时是没有相互作用的，直到光激发的可以隧穿
的空穴出现，这样的相互作用可以用光来操控使其打开或者关闭。我们方案的
最大优点是可扩展性，我们方案还会使单比特操作更加容易，而文献【Nature
间中的其中一个基矢做一个旋转而利用Pauli不相容原理避免其他的三个基矢变
化。我们的计算和模拟结果显示利用三束激光我们可以在10皮秒内实现一个保
真度超过90％的相位门。这项工作得到了审稿人的高度评价并发表在了【Phys．
子态基本上没有激发，从而大大的降低激子复合过程丽带来的退相干对我们相
位门的影响。我们这两个方案对以后基于半导体芯片的量子计算机的研制有着
积极的促进作用。
(3)首次提出了一个制各两个不同光共振频率的远距离量子点纠缠态的方
案。最子点被偏振为y的激光场驱动，然后最子点和腔内产生偏振为H的相干
光发生纠缠。通过对两个腔一量子点系统输出光场的不可区分性测量，我们可
以实现这两个量子点之间的纠缠。此方案可以推71‘到多个量子点的情况从而实
现量子点之间纠缠网络的确定性的连接，这对以后量子互联网络的发展会有重
要的意义。这种确定性的纠缠网络是以前没有的，我们相信此方案会给量子网
络带来较大的革新。
本论文基于腔QED和量子点系统对量子计算的实现方式进行了探索性的研
究，提出了一些可行性强、简单新颖的方案。值得注意的是，本文中的方案就
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基于QED系统制备多粒子纠缠态及量子 秘密共享
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内容提示：基于QED系统制备多粒子纠缠态及量子 秘密共享
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