量子Zeno动力学在量子计算中应用.pdf

国内图书分类号：O431.2 学校代码：10213 国际图书分类号：535.14 密级：公开 理理理学学学博博博士士士学学学位位位论论论文文文 量子Zeno 动力学在量子计算中的应用 博士研究生：邵晓强 导 师：张寿教授 副 导 师：赵永芳教授 申 请 学 位：理学博士 学 科：光学 所 在 单 位：物理系 答 辩 日 期：2011 年6 月 授予学位单位：哈尔滨工业大学 Classified Index: O431.2 U.D.C.: 535.14 Dissertation for the Doctoral Degree in Science THE APPLICATION OF QUANTUM ZENO DYNAMICS IN QUANTUM COMPUTING Candidate: Shao Xiaoqiang Supervisor: Prof. Zhang Shou Associate Supervisor: Prof. Zhao Yongfang Academic Degree Applied for: Doctor of Science Specialty: Optics Affiliation: Dept. of Physics Date of Defence: June, 2011 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 摘 要 摘 要 量子计算机是直接运用量子力学原理进行信息处理的装置，其最显著的优 势就在于它的运行速度要比经典计算机快得多，尤其是在解决大数质因子分解 及无序数据有哪些信誉好的足球投注网站问题等方面。自从量子计算机的概念被提出以来，许多国家的 政府和军事机构都投入了大量的资金支持对量子计算机的理论与实验的研究。 量子Zeno 动力学不同于量子Zeno 效应。首先对量子系统的测量不一定导致系 统的状态停止演化，而可能使得系统从初始状态演化到其它的状态上。其次一 个叫做连续耦合的方法能够获得与利用投影测量或者非幺正演化等方法同样的 物理效应而不需要实际的测量。本文主要在腔量子电动力学框架中，围绕由连 续耦合引起的量子Zeno 动力学在量子计算中的一些应用进行了相关的研究。 基于类Zeno 测量，提出了实现三比特和四比特的无集体振幅阻尼消相干 量子态的理论方法。整个系统由一个星形自旋网络构成，并且只考虑外围自旋 量子比特与中心自旋量子比特的最近邻相互作用。通过以有限的时间间隔测量 中心自旋的状态来构建外部自旋的无消相干态。数值模拟的结果揭示出随着测 量次数的增加，所制备的无消相干态的保真度渐进地接近 1，而成功几率趋于 一个定值。并进一步对测量的间隔时间进行优化处理发现在很少的测量次数内 就可获得保真度较高的无消相干量子态。 基于由连续耦合引起的量子Zeno 动力学，在理论上提出了以可扩展的方 式制备多原子的Singlet 态|S N ⟩ 的方案，将(N − 1) 个原子构成的Singlet 态|S N −1⟩ 放入到光学腔中，并引进一个辅助的原子，当调节原子与经典场的相互作用 强度同原子与腔场的相互作用强度相比达到Zeno 动力学条件时，能够获得一 个有限的Zeno 子空间，选择适当的演化时间就可以得到N