基于固态系统的量子克隆和量子纠缠研究

由于固态量子比特具有稳定的量子相干性以及易于集成的特点，目前被认为是实现量子计算机的理想系统。本项目基于固态量子系统，如自旋链、量子点、约瑟夫森结等，结合腔QED原理与技术，进行有关量子克隆和量子计算方面的研究。包括量子克隆基础理论，固态系统的量子动力学研究、与远程克隆相关的多体纠缠问题等。旨在通过对固态系统的量子特性研究，找到有效的操控手段，实现有益于提高信息处理效率的量子克隆及纠缠态的操控，进而为规模化量子信息网络的实现提供相关的理论方法和实验依据。.由于量子克隆是将输入信息在几个输出端之间进行分配，因此它可以作为量子计算和量子通信的中间环节，是提高量子计算效能的有效手段。本课题组目前在量子克隆、量子算法、量子纠缠研究等方面取得了较好的成果，并呈现出良好的发展态势，有能力承担本课题的研究。本研究将进一步丰富量子信息学理论，并促进量子信息实用化研究进程。

由于固态量子比特具有稳定的量子相干性以及易于集成的特点，目前被认为是实现量子计算机的理想系统。本项目基于固态量子系统，如量子点、超导约瑟夫森结等，.结合腔QED 原理与技术，进行有关量子克隆和量子计算方面的研究。主要研究内容包括量子克隆基础理论，固态系统的量子动力学研究、与远程克隆相关的多体纠缠问题等。旨在通过对固态系统的量子特性研究，找到有效的操控手段，实现有益于提高信息处理效率的量子克隆及纠缠态的操控，进而为规模化量子信息网络的实现提供相关的理论方法和实验依据。由于量子克隆是将输入信息在几个输出端之间进行分配，因此它可以作为量子计算和量子通信的中间环节，是提高量子计算效能的有效手段。在项目执行期间，课题组按照计划书较为顺利地完成了研究内容，研究工作达到了预期的目的，在量子克隆、纠缠态制备、纠缠浓缩等方面取得了预期的研究成果。共发表相关SCI论文22篇，培养了12名研究生。主要研究成果包括建立了量子点与光学腔耦合的强耦合模型和弱耦合模型。通过利用这些模型不同的特点，研究了实现量子克隆的不同途径和方法。提出了多个量子点系统的高维纠缠态的制备、纠缠浓缩、纠缠态熔合等方案，并且利用系统纠缠演化的特性，提出了纠缠分析的物理实现方案。在固态量子比特量子计算方面，基于腔的输入输出原理，利用嵌入在腔中的量子点提出了各种量子逻辑门的方案，包括两比特及多比特受控非门、交换门、相位门等。另外，还提出了较为新颖的量子傅里叶算法以及量子纠错的物理实现方案。将局域逻辑门操作与量子隐形传送相结合，设计了具有较高保真度的量子远程控制的两比特及多比特逻辑门。以上成果有望在分布式量子计算、远距离量子通信以及构建远程量子信息处理网络中发挥重要的作用。