基于腔量子电动力学的量子信息处理

腔量子电动力学描述的是光场与原子的相互作用，是一个测试量子信息处理和制备量子纠缠的理想系统，是当前量子信息研究的重点之一。本项目将在此领域开展下面的研究：（1）在单个腔QED系统中，利用合适的原子与光场相互作用制备适当的量子纠缠态或实现量子逻辑门和量子信息处理协议，并且考虑腔耗散对上述量子过程的影响。进一步我们要把这些技术推广到以量子点或超导约瑟夫结等固体系统为处理单元的量子信息处理中；（2）研究波导耦合的多个腔QED系统。利用合适的原子与光场相互作用实现位于不同腔中的原子间可调控的相互作用；如何设计光与物质相互作用读出不同参数区量子相变信息；研究量子信息处理和模拟一定的量子系统。这些研究能够为基于腔QED系统量子信息处理提供新的物理机制。

我们按照基金申请报告中的研究计划执行，顺利完成了计划，具体有：(1)发现一维自选链的基态是多粒子D i c k e 态。多粒子D i c k e 态是量子计算和量子信息处理中的一类重要的纠缠态。在文章P h y s . R e v . A 8 4 , 0 4 2 3 2 4 ( 2 0 1 1 ) 中， 我们发现一维自选链的基态是多粒子D i c k e 态，这可以大大的简化量子计算和量子算法的物理实现(2) 光力纳米体系中的室温纠缠。在文献P h y s . R e v . A 8 4 , 0 3 2 3 1 7 ( 2 0 1 1 ) ， 我们建议了由S i 3 N 4 构成的光力纳米体系可以具有室温纠缠，这可以更加容易观察到宏观量子现象.(3)量子通信耗散的抑制, 在文献Phys. Rev. A 86, 042305 Phys. Rev. A 86, 034302中， 我们建议利用无噪声放大器克服信道中的光子耗散，这有助于建立长距离量子通信网络(4)在文献Phys. Rev. A 86, 062310 ，我们研究了量子关联在量子随机码中的作用，扩展了量子关联特性在量子信息中的应用范围(5)在文献Phys. Rev. A 87, 031602，我们建议了冷原子可以实现FFLO态