Resisting decoherence and realizing generalization is the first and most important problem needed to be solved for achieving the quantum information process. In this project, based on cavity QED (cavity quantum electronic dynamics) and atomic systems, we are suggested to propose a generalizable and rapid quantum information process scheme with the high fidelity, which is also robust against the noise of the environment. Firstly, we introduce the theory of transitionless tracking algorithm and Lewis-Riesenfeld invariant into cavity QED system. With the help of the thought of space-division of quantum Zeno dynamics, we construct the shortcut to adiabatic passage of multi-particle system in cavity QED system,moreover, the effectiveness of the shortcut is also proved. Afterwards, by the novel method of shortcut to adiabatic passage of multi-particle system we obtain the local multi-particle fast population transfer and the fast manipulations of quantum states. Further, we consider the fast manipulations of entangled states and quantum computing operations in a complex multi-body system constituted with multi-cavity, multi-particle and multi-mode. At last, we study the adiabatic accelerated evolution of multi-body in a non-Hermitian system and the fast implementation of high fidelity of quantum information process with dissipation of the environment. Numerical simulation demonstrates that the influences of the cavity decay, the atomic spontaneous emission and the fluctuations of experimental parameters in the evolution process can be effectively suppressed with a nearly 100% success rate through the shortcut to adiabatic passage, and moreover, the operation time will not increase with the increasing of the particle number.
抵制退相干问题和可推广问题是实现量子信息首先需要解决的重要问题。本项目拟基于腔QED(腔量子电动力学)和原子系统提出可有效克服环境噪音的可推广的高保真量子信息快速处理的方案。首先,将无跃迁量子寻迹算法和Lewis-Riesenfeld不变式方法应用于腔QED系统,借助量子Zeno 动力学的空间划分思想提出多粒子系统的绝热加速演化方法并证明其有效性。然后,利用新的绝热加速演化方法实现局域多粒子布局数快速转移及量子态快速操纵。进而,研究多个腔、多个粒子、多个腔模构成的非局域多体复杂系统中多粒子纠缠态快速操纵以及量子计算快速操作的问题。最后,研究非厄米系统中多体绝热加速演化方法及耗散环境中快速实现高保真量子信息处理的问题。方案中,经过绝热加速捷径演化,腔场耗散,原子自发辐射以及实验参数波动对系统演化结果的影响可以得到有效抑制,成功几率可以达到100%,而且演化时间不会随着粒子数目的增加而增加。
本项目基于腔QED(腔量子电动力学)和原子系统提出可有效克服环境噪音的可推广的高保真量子信息快速处理的方案。首先,将无跃迁量子寻迹算法和Lewis-Riesenfeld不变式方法应用于腔QED系统,借助量子Zeno 动力学的空间划分思想提出多粒子系统的绝热加速演化方法并证明其有效性。然后,利用新的绝热加速演化方法实现局域多粒子布局数快速转移及量子态快速操纵。进而,研究多个腔、多个粒子、多个腔模构成的非局域多体复杂系统中多粒子纠缠态快速操纵以及量子计算快速操作的问题。最后,研究非厄米系统中多体绝热加速演化方法及耗散环境中快速实现高保真量子信息处理的问题。方案中,经过绝热加速捷径演化,腔场耗散,原子自发辐射以及实验参数波动对系统演化结果的影响可以得到有效抑制,成功几率可以达到100%,而且演化时间不会随着粒子数目的增加而增加。基于本项目支持,已发表被SCI收录的科研论文26篇;已毕业博士4人,毕业硕士生5人,博士在读3人,硕士在读4人;项目组成员参加国内学术会议超过55人次,邀请国内专家学者讲学、报告29人次;项目组成员1人晋升教授,1人晋升副教授。获得各种级别奖项5项。综上所述,经过项目组成员4年的努力,已超额完成了本项目的预期研究目标。
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数据更新时间:2023-05-31
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