多比特量子门的实现和量子信息处理

本项目拟研究利用腔QED和线性光学完成多比特纠缠态的制备和量子门的操控以及量子信息处理的方案，基于光子和腔的互相作用并利用线性光学器件，实现量子计算等问题. 其优点是在一个极化噪音通道中，可以很高的保真度执行多比特量子相位门操作，而且成功几率和保真度不随比特数量的增加而降低..我们还对于腔-原子-纤维组成的系统, 在短纤极限的条件下，研究在腔和原子强耦合而光纤维和腔场弱耦合的情况下的控制交换门等信息处理过程，探讨光纤耦合的腔系统中，实现长距离量子态制备和量子门操控过程，并考虑退相干对于量子信息处理的影响。.利用量子非破坏测量技术，对光子比特和原子比特的不同形式纠缠进行非破坏探测方案的研究，提出实验上可行的理论模型。.这些研究可为实验上寻求多比特量子态制备与操控以及量子信息的处理提供一种可行的理论依据。

本项目的主要研究内容是利用腔QED和线性光学系统完成多比特纠缠态的制备和量子门的操控以及量子信息处理，基于光子和腔的相互作用并利用线性光学器件实现量子计算等问题； 对于腔-原子-光纤组成的系统，探讨光纤耦合的腔系统中实现长距离量子态制备和量子门操控过程，并考虑退相干对于量子信息处理的影响；利用量子非破坏测量技术，对光子比特和原子比特的不同形式纠缠进行非破坏探测方案的研究并提出实验上可行的理论模型；对量子力学的基本问题如量子计量学、量子速度极限、量子热力学和Heisenberg不确定关系等进行深入研究。. 在项目研究期间取得的重要研究成果有在不同物理系统，如光纤耦合的光学腔、约瑟芬节连接的超导腔、氮缺陷系综等中实现量子纠缠态的制备、转移和量子相位门；对于二体量子体系的量子关联给出了直接测量方案并讨论了在量子态非破坏测量中量子关联的作用，基于斜信息对量子关联的度量问题进行了改进；在光机械系统中提出了弱测量的理论方案；对量子计量学、量子速度极限、量子热力学和Heisenberg不确定关系等量子力学的基本问题取得了更深一层的理解。. 我们的研究成果已发表在SCI期刊上，这些成果在量子信息领域和量子力学基本问题领域具有较大意义。我们对于量子信息领域中多比特量子纠缠态和相位门的制备具有重要的理论指导意义；关于量子关联方面的研究加深了人们对于相关概念的理解并对现有一些的结果进行了修正。