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量子绝热捷径技术在三波导耦合器设计中的应用

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上海大学学报（自然科学版） 2020年第1期26卷 69-75页

作者：韩知勇施解龙兰自轩陈玺上海大学理学院上海200444

通过将量子无摩擦动力学与绝热消除结合实现了量子绝热捷径技术在光波导耦合器中的设计.为了使该方案更实际可行,引入了幺正变换,以便对波导的宽度以及相邻波导之间的间距进行设计,并利用光束传播法对三波导耦合器进行模拟验证.模拟结... 详细信息

通过将量子无摩擦动力学与绝热消除结合实现了量子绝热捷径技术在光波导耦合器中的设计.为了使该方案更实际可行,引入了幺正变换,以便对波导的宽度以及相邻波导之间的间距进行设计,并利用光束传播法对三波导耦合器进行模拟验证.模拟结果表明,相比于绝热耦合,利用绝热捷径设计的耦合器可以在传输长度缩短4倍的情况下实现能量的有效耦合.该方案可适用于量子信息处理和集成光学领域.

关键词：波导耦合器绝热消除量子绝热捷径

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基于量子绝热捷径技术的光波导分束器设计

上海大学学报（自然科学版） 2016年第5期22卷 545-551页

作者：浦珺慧施解龙吴仁华陈玺上海大学理学院上海200444

用于加快量子绝热"慢"过程的量子绝热捷径技术,已广泛应用于原子、分子和光物理.基于耦合波导的量子光学类比,利用量子绝热捷径技术设计光学波导的耦合系数与传播常数,实现快速的光波导分束器件.通过数值模拟,并与共振耦合和绝热耦合波... 详细信息

用于加快量子绝热"慢"过程的量子绝热捷径技术,已广泛应用于原子、分子和光物理.基于耦合波导的量子光学类比,利用量子绝热捷径技术设计光学波导的耦合系数与传播常数,实现快速的光波导分束器件.通过数值模拟,并与共振耦合和绝热耦合波导进行比较.结果表明,量子绝热捷径技术所设计的光学波导分束器具有长度短、输出稳定性高的优势.

关键词：集成光学耦合波导量子绝热捷径光分束器

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耦合谐振子的量子绝热捷径设计

上海大学学报（自然科学版） 2021年第6期27卷 1010-1017页

作者：杨冠卓陈玺上海大学理学院上海200444

量子绝热捷径技术旨在加快量子绝热慢过程,已经被广泛用于原子的冷却、转移等量子信息处理过程.研究耦合谐振子模型的量子绝热捷径设计及其热机应用,基于耦合谐振子模型的量子不变量,首先得到Ermakov方程,然后反设计耦合谐振子频率,最... 详细信息

量子绝热捷径技术旨在加快量子绝热慢过程,已经被广泛用于原子的冷却、转移等量子信息处理过程.研究耦合谐振子模型的量子绝热捷径设计及其热机应用,基于耦合谐振子模型的量子不变量,首先得到Ermakov方程,然后反设计耦合谐振子频率,最终加快绝热过程而不产生末态激发.本工作为耦合谐振子的量子态操控及超绝热量子热机提供了新思路.

关键词：量子绝热捷径耦合谐振子量子热机

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基于绝热捷径的两原子相位门设计

量子光学学报 2017年第2期23卷 122-128页

作者：吴奇成夏岩福州大学物理与信息工程学院福建福州350116

基于绝热捷径技术,我们提出了一个通过设计共振脉冲,仅用一个操作步骤便实现两原子相位门的理论方案。我们讨论了原子自发辐射和腔中光子泄漏对方案的影响,数值结果表明当前方案对上面的两种耗散效应和试验参数的误差都具有鲁棒性。此外... 详细信息

基于绝热捷径技术,我们提出了一个通过设计共振脉冲,仅用一个操作步骤便实现两原子相位门的理论方案。我们讨论了原子自发辐射和腔中光子泄漏对方案的影响,数值结果表明当前方案对上面的两种耗散效应和试验参数的误差都具有鲁棒性。此外,本方案所需的演化时间非常短并且在整个演化过程中都不需要额外引入复杂的脉冲。因此,这个方案在当前实验条件下是比较容易实现的。

关键词：相位门基于不变量的反向设计量子绝热捷径

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超冷原子的快速绝热捷径分束及其应用

超冷原子的快速绝热捷径分束及其应用

作者：张佳上海大学

学位级别：硕士

量子信息、量子模拟、量子传感和精密测量是当前量子信息科学技术的主要研究内容。由于玻色-爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensates,BECs)具有高度的相干性和波动性,其在量子模拟、量子传感和量子干涉中具有巨大的应用前景。特别地,... 详细信息

量子信息、量子模拟、量子传感和精密测量是当前量子信息科学技术的主要研究内容。由于玻色-爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensates,BECs)具有高度的相干性和波动性,其在量子模拟、量子传感和量子干涉中具有巨大的应用前景。特别地,研究冷原子干涉和其相干操控在基础理论研究和实际应用中都有重要意义。实现冷原子相干分束一般采用缓慢的绝热分束,但绝热过程所需的时间过长会产生技术噪声和附加相扩散对干涉仪的性能造成影响。于是,如何实现一个快速且稳定的非绝热分束是该领域的研究热点之一。量子绝热捷径(Shortcuts to Adiabaticity,STA)可用于加速量子绝热过程,实现对噪声、退相干、误差等因素的有效抑制。本论文利用量子绝热捷径技术研究双势阱中冷原子的快速非绝热分束,并探讨其在原子干涉中的应用。论文取得的成果如下:一、利用基于变分近似的反控制法设计系统的动力学方程,在双势阱中实现了冷原子快速且稳定的分束,并考虑原子间非线性相互作用的影响,在较短的演化时间内完成了STA设计的高保真度分束。二、将上述工作从Gross-Pitaevskii(GP)平均场理论推广至多体理论中进行讨论。通过引入玻色子多组态含时Hartree(Multiconfigurational time-dependent Hartree method for bosons,MCTDHB)理论来描述多体玻色子的分束动力学过程,在多体理论中数值模拟了冷原子分束过程,并验证上述STA技术在多体理论中的有效性。

关键词：量子绝热捷径变分近似冷原子玻色子多组态含时Hartree方法

基于里德堡原子快速实现多个目标原子的受控非门

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基于里德堡原子快速实现多个目标原子的受控非门

作者：赵超越东北师范大学

学位级别：硕士

近些年来,关于里德堡原子的研究备受关注。在中性原子系统中由于里德堡阻塞效应的存在,在阻塞半径内最多只能有一个原子被激发到里德堡态,这就为多原子控制提供了一种有效的方法。并且里德堡阻塞效应被成功应用于制备量子态,实现量子逻... 详细信息

近些年来,关于里德堡原子的研究备受关注。在中性原子系统中由于里德堡阻塞效应的存在,在阻塞半径内最多只能有一个原子被激发到里德堡态,这就为多原子控制提供了一种有效的方法。并且里德堡阻塞效应被成功应用于制备量子态,实现量子逻辑门等。本文结合里德堡阻塞效应和Lewis-Riesenfeld不变量理论,提出制备多粒子GHZ态和实现多个目标原子的受控非门的方案,主要内容如下:第一章和第二章简述了与我们研究工作相关的理论基础。第一章介绍了受激拉曼绝热过程,以及受控非门,并拓展到多目标量子比特受控非门,同时对里德堡原子的阻塞效应作了简要介绍。第二章简述了几种常用的绝热捷径方案,这些方案可以加速量子态的演化并且使之稳定在绝热本征态下,以上方案为我们基于里德堡阻塞效应和绝热捷径来设计逻辑门提供了研究基础。在第三章中,我们应用Lewis-Riesenfeld不变量理论,对之前学者提出的基于里德堡原子系统制备N粒子GHZ态的绝热演化进程进行加速。通过数值模拟对比了绝热过程和加速方案,我们发现,在相同的里德堡相互作用强度下,加速方案获得目标态的保真度更高,用时更短,因此该加速方案更具有高效性。在第四章中,我们通过引入额外的辅助态,并结合Lewis-Riesenfeld不变量理论和里德堡阻塞效应,设计了实现多个目标原子受控非门的方案。通过数值模拟计算了各态的布居情况,分析了该理论方案的可行性,并且讨论了原子自发辐射的影响以及实验的可行性。本文的创新之处:1.相比于绝热方案,我们利用绝热捷径制备多粒子GHZ态的方案不需要严格满足绝热条件,所用时间更短;数值模拟表明,在目标态保真度相同的情况下,我们的加速方案所需要的里德堡相互作用强度更小,降低了实验难度,并且加速方案比绝热方案受原子自发辐射的影响更小。2.我们提出了快速实现多个目标原子受控非门的方案。目标原子的演化应用了绝热捷径方案,大大缩短了演化时间,利用该方案可以获得具有高保真度的目标态,通过五个操作步骤便可以实现目标原子为任意数目的目标原子受控非门,系统对于原子自发辐射的影响具有很强的鲁棒性。

关键词：量子绝热捷径受控非门里德堡阻塞效应 Lewis-Riesenfeld不变量

利用里德堡原子基态阻塞与绝热捷径制备Greenberger-Horne-Zeilinger态

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利用里德堡原子基态阻塞与绝热捷径制备Greenberger-Horne-Zeilin...

作者：李晓童东北师范大学

学位级别：硕士

量子纠缠是人们实现量子信息处理的核心资源。因此,纠缠态的制备,特别是多粒子纠缠态的制备已经成为近年来的科研热点。一种有效的纠缠制备方法是绝热过程,它的优势在于演化过程中不需要精确控制时间,并且对相关参数的变化不敏感。在众... 详细信息

量子纠缠是人们实现量子信息处理的核心资源。因此,纠缠态的制备,特别是多粒子纠缠态的制备已经成为近年来的科研热点。一种有效的纠缠制备方法是绝热过程,它的优势在于演化过程中不需要精确控制时间,并且对相关参数的变化不敏感。在众多量子系统中,里德堡原子因为其特有的性质备受国内外学者的重视。目前,已经有很多在里德堡原子系统中绝热制备量子纠缠态的方法,比如通过结合绝热方法与里德堡阻塞效应或里德堡反阻塞效应来制备多粒子纠缠态,然而,绝热方法所需的时间较长,这会增加消相干和耗散等因素对体系的影响。因此,对绝热过程的加速是当前纠缠态制备研究领域中人们比较关心的问题。本文通过非传统里德堡泵浦实现了里德堡原子的基态阻塞,并且进一步结合无跃迁量子驱动技术,制备了多粒子的GHZ态。主要内容如下:第一章简要介绍了GHZ态的概念和度量手段,受激拉曼绝热过程,里德堡阻塞效应以及里德堡反阻塞效应。这些理论是我们开展研究工作的基础。在第二章中,我们简述了先前利用里德堡反阻塞机制实现基态阻塞的机制,以及利用这个机制去制备GHZ态的方案,并分析其存在的问题。此方案为我们利用新的基态阻塞机制快速制备多粒子GHZ态提供了思路。第三章主要研究了应用基态阻塞和绝热捷径技术实现多粒子GHZ态制备的问题。该方案相比借助里德堡反阻塞机制实现基态阻塞的方案更具优势,它对里德堡原子之间距离的涨落更具有鲁棒性。与此同时,我们结合了Berry无跃迁量子驱动技术,这类技术的应用相较于绝热过程,能获得保真度更高,演化时间更短的多粒子GHZ态。

关键词：量子纠缠态量子绝热捷径非传统里德堡泵浦无跃迁量子驱动