基于Rydberg阻滯機(jī)制實現(xiàn)控制Hadamard門

魏海紅

該文講述了基于原子系綜系統(tǒng)來實現(xiàn)控制Hadamard門，為今后制備多量子比特糾纏態(tài)提供新的思考的方向。

Rydberg阻滯機(jī)制；原子系綜；控制Hadamard門；量子糾纏態(tài)

量子糾纏不僅是量子信息處理和量子計算的重要資源，也是量子力學(xué)對局域隱變量理論違背的驗證，并且在量子密鑰、量子密集編碼和量子隱形傳態(tài)中有著廣泛的應(yīng)用[1-5]。兩比特糾纏態(tài)的研究已經(jīng)趨于成熟，近年來，多比特糾纏態(tài)方案引起很多關(guān)注，如利用腔QED、原子系綜等系統(tǒng)制備多比特糾纏態(tài)的理論方案被大量提出[6-10]。由于基于原子系綜和其它線性光學(xué)器件的方案所獨有的優(yōu)勢，被廣泛重視，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：首先，依靠原子系綜的發(fā)難對于現(xiàn)實的噪聲和不完美性具有內(nèi)在的容錯機(jī)能；其次，原子系綜的激光操作不需要獨立尋址，顯然比單粒子的相干控制容易；最后，具有適合能級的原子系綜由于干涉作用對于一定的光模具有加強(qiáng)作用，這對于大量的原子系統(tǒng)方案都是很重要的。本文在此基礎(chǔ)上，利用原子系綜系統(tǒng)基于Rydberg阻滯機(jī)制實現(xiàn)控制Hadamard（C-H）門的過程。

下面是實現(xiàn)C-H門的過程，如圖1-1所示。

圖1-1C-H門的實現(xiàn)方案

一個與能級|和能級|共振耦合的脈沖作用到控制原子系綜1上：如果該原子系綜初始處于|,1態(tài)，則會產(chǎn)生一個|,1→|,1的躍遷，因此控制原子系綜1中將會有一個原子處于Rydberg態(tài)|上，根據(jù)Rydberg阻滯機(jī)制，目標(biāo)原子系綜2的Rydberg態(tài)將會有一定量的能移，所以該系綜中的原子到Rydberg態(tài)的激發(fā)將被阻止；如果控制原子系綜1初始處于|,0態(tài)上，則不會有原子被激發(fā)到Rydberg態(tài)|上，所以就不會引起目標(biāo)原子系綜2中的Rydberg態(tài)的能移，該系綜中的原子到Rydberg態(tài)的激發(fā)將正常進(jìn)行。

一個與能級|和能級|共振耦合的脈沖作用到目標(biāo)原子系綜2上，如果控制原子系綜1的Rydberg態(tài)|上沒有原子，目標(biāo)原子系綜2初始處于|,1態(tài)，那么在這脈沖的作用下目標(biāo)原子系綜2將會產(chǎn)生|,1→|,1的躍遷。

一個與能級|和能級|a共振耦合的脈沖作用到目標(biāo)原子系綜2上，如果控制原子系綜1的Rydber態(tài)|上沒有原子，目標(biāo)原子系綜2處于|,1態(tài)，那么在這個脈沖的作用下目標(biāo)原子系綜2將會產(chǎn)生|,1→(|a|)的反轉(zhuǎn)，若目標(biāo)原子系綜2處于|a，則在這個脈沖的作用下產(chǎn)生|a→(|a|)的反轉(zhuǎn)。

一個與能級|和能級|共振耦合的脈沖作用到目標(biāo)原子系綜2上，來實現(xiàn)|,1→|,1的反轉(zhuǎn)。

一個與能級|和能級|共振耦合的脈沖，作用到控制原子系綜1上，實現(xiàn)|,1→|,1的反轉(zhuǎn)。

經(jīng)過上述五個脈沖的作用，兩個原子系綜的態(tài)依次經(jīng)歷下列變化：

|,1|,1→|,1|,1

|,1|,0→|,1|,0

|,0|,1→(|,0|,0+|,0|,1)

|,0|,0→(|,0|,0|,0|,1)

所以，我們就可以得到

|00→|00

|01→|01

|10→(|11+|10)

|11→(|11|10)

這樣，我們就實現(xiàn)了C-H門的操作。

本文在原子系宗系統(tǒng)中基于Rydberg阻滯機(jī)制實現(xiàn)C-H門，另外還可以根據(jù)Rydberg阻滯機(jī)制在原子系綜系統(tǒng)中實現(xiàn)其他控制門，如文獻(xiàn)[7]中實現(xiàn)了控制非門。這些控制門的實現(xiàn)為量子糾纏態(tài)的制備提供了新的方法。

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