超导传输线腔与极性分子耦合系统中的量子信息过程

量子计算的瓶颈在于它的物理实现，尽管至今人们已在量子计算的物理实现方面进行了大量的探索，但距离真正实用的"量子硬件"还有较大差距。近年来关于极性分子冷却、囚禁与操控的理论与实验研究进展非常迅速，这为其在量子信息处理中的应用创造了有利的条件。本项目旨在理论上探索以极性分子作为量子信息的新载体来研究量子信息过程：在超导传输线腔与冷极性分子耦合系统中研究分子量子比特的编码和操控，研究量子信息的存储、传递和读取过程及其存在的消相干性质，研究量子门操作、多个量子比特纠缠态制备的各种途径，寻找有效克服量子消相干的机制和方法。该项目既能够深化人们对光场、电磁场与极性分子相互作用中量子现象的进一步认识，又能为量子信息存储和量子信息处理提供新的物理机制与科学依据。

量子计算的瓶颈在于它的物理实现，尽管人们已在量子计算的物理实现方面进行了大量的探索，但距离真正实用的"量子硬件"还有较大差距。近年来关于极性分子冷却、囚禁与操控的研究进展非常迅速，这为其在量子信息处理中的应用创造了有利的条件。本项目旨在从理论上探索以极性分子作为量子信息的新载体来研究量子信息过程，在超导传输线腔与极性分子耦合系统中研究分子量子比特的编码和操控，研究量子信息传递、量子门操作、纠缠态制备的各种途径等。项目执行期间，我们提出了基于超导传输线腔制备微波光子NOON态和宏观W型纠缠相干态的可行方案，提出了基于腔量子电动力学系统实现单量子比特同时控制多个目标量子比特的可调量子相位门的有效方案，分析了快速振动的两能级原子在腔内的量子动力学，探讨了低Q腔中遥远制备原子态的可行性。我们也研究了可积二聚体和对称小分子振动态的纠缠特性，三个极性分子摆动态的三体量子关联行为，以及极性分子阵列构成的量子关联开关。同时也研究了马科夫噪声和洛伦兹谱环境作用下三个量子比特系统的量子失协及生成纠缠的演化特性。此外，我们也研究了基于两量子比特海森堡自旋系统的量子密集编码的最佳传输容量，提出了确定性远程制备任意两量子比特态的新方案，分析了Pauli噪声影响下基于部分纠缠态的量子隐形传态，讨论了噪声环境对多个远程态制备方案的影响及其存在的消相干性质等。在本项目资助下，我们已在国际著名物理学刊物和国内核心刊物上发表15篇SCI收录的学术论文，其中1篇Optics Letters, 1篇Physical Review A, 1篇Quantum Information and Computation, 1篇Laser Physics Letters和4篇Quantum Information Processing等。