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量子信息学是由量子力学和信息科学形成的交叉学科。它主要包括量子通信和量子计算两个部分,其中量子通信是量子信息学的重要分支,包括量子隐形传态、量子密集编码、量子秘密分享等。经过二十多年的发展,人们已取得了一系列重要突破,使得该学科已成为当前国际前沿热点课题之一。 目前,在量子信息处理的过程中,两大主要障碍是量子态的消相干问题和联合Bell态测量的实验实现问题。这两个问题在腔QED方案中都得到了很好的解决。正因为腔QED方案的这一优势以及腔QED在进行量子信息处理中表现出的操作简单,易扩展、易集成的特点,使其成为最具前景的量子硬件设计方案之一。但至今人们对量子信息处理过程的研究主要还是停留在理论阶段,所以寻找更有利于实验实现的量子信息处理过程对量子信息的发展具有非常重要的意义。本文研究了基于腔QED技术实现量子SWAP门和量子隐形传态以及量子密集编码过程,取得如下结果: 1、利用腔QED技术实现了量子SWAP门 基于原子和腔场的大失谐相互作用,我们提出了实现两比特量子SWAP门的腔QED方案。由于本方案中,原子的跃迁频率和腔场频率是大失谐的,因此,可以有效克服光场消相干的影响,而且在原子通过腔的过程中,腔场只是被虚激发,不需要在原子和腔之间传递量子信息,这样对腔的品质因子的要求大大降低了。 2、利用腔QED技术实现了量子隐形传态 我们提出了一个基于腔QED技术的量子隐形传态实现方案。一种类W态作为纠缠通道并通过原子与腔的共振作用一步便可制备,四个测量基通过原子与腔的非共振作用便可分辨,并且,实现的成功概率是100％。 3、利用腔QED技术实现了量子密集编码 我们提出了一个类W态量子密集编码的实验实现方案。我们的方案有一定的优势:首先,相比以前W态密集编码的概率性,我们用类W态将实现密集编码的概率提高到了100％,第二,纠缠通道通过原子与腔的共振作用一步便可制备,四个测量基通过原子与腔的非共振作用便可完全分辨。