波导管中的量子计算

来源 :天津师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:archer_zhang
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现代人类对信息需求的日益增加,促使人们不断地致力于信息技术的发展,而这种发展必然导致新的原理和新的方法的产生.量子力学与信息科学相结合便诞生了一门新的学科分支--量子信息科学.量子信息科学包括:量子密码术、量子通讯、量子计算机和量子测量等,近年来在理论和实验上已经取得了重要的突破.尤其是对量子计算的实现目前已提出许多种实现方案,主要有离子阱方案、腔量子电动力学(腔QED)方案、核磁共振(NMR)方案和量子点方案等.然而实现量子计算的一个最重要的困难就是由系统和环境耦合而引起的消相干.在这些消相干的来源中,原子的自发辐射是一个重要的来源,尤其是在实现量子计算的腔QED方案中. 该文以圆柱形波导管为例,讨论了腔中原子的自发辐射率随腔的形状和尺寸的变化.结果表明:由于波导管中末态相空间体积比自由空间的小,自发辐射率通常会降低,但在某些情况下会产生共振.在波导管中,有一个光子能通过的最低频率,称为截止频率.如果辐射光子的频率比波导管的截止频率低,那么处在激发态的原子将不能辐射光子,非常稳定,这时自发辐射是被抑制的;但是如果辐射光子的频率与截止频率相等,那么将产生共振,原子的自发辐射得到加强.根据这个结果,在该文中提出实现量子计算的一个新的方案:由于腔量子电动力学(QED)方案中的法布里-珀罗腔不存在光子能通过的最小频率,所以它不能抑制其中原子的自发辐射, 该文提出用一个波导管替代法布里-珀罗腔来实现量子计算,并且不同于腔QED方案中将原子简化为二能级系统来作为量子信息的比特,文章中将考虑更真实的多能级原子的情况,将其中两个能级选为工作能级,作为量子信息的比特.通过用适当尺寸的波导管,提高多能级原子两工作能级间的自发辐射率,同时使其他能级间的自发辐射得到抑制,而这些能级间的自发辐射正是量子计算中消相干产生的主要来源.这样, 该文提出的新方案在实现量子计算的过程中抑制了消相干的产生.
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