一、腔量子电动力学与量子信息过程（论文文献综述）
种诗尧[1]（2021）在《多光子Jaynes-Cummings模型中的量子崩塌-复苏与能级-路径纠缠效应》文中认为光与物质的相互作用是物理学中十分重要的一大主题。Jaynes-Cummings模型是描述光与物质相互作用的最重要的模型之一,它描述了单模量子化电磁场与二能级原子的相互作用,在旋转波近似下精确可解,是量子光学中最简单但又能给出非平凡结果的模型,具有许多半经典模型所不能预言的性质,例如量子真空Rabi振荡、原子布居反转的量子崩塌与复苏效应等等。量子崩塌与复苏效应是Jaynes-Cummings模型中具有代表性的性质,与半经典模型只能预言布居反转的崩塌不同,复苏效应直接体现了参与相互作用的光场的量子性。在第三章中,我们研究Jaynes-Cummings模型的多光子跃迁情形,分析其与粒子物理中的超对称具有相似性的李代数结构,超对称是关于费米子与玻色子的对称性,我们由此定义了光与原子相互作用的玻色型和费米型量子态。当哈密顿量中的频率失谐为零时,这两种量子态拥有相同的能量本征值,此时,多光子Jaynes-Cummings模型的哈密顿量在超对称变换下保持不变。虽然粒子物理的超对称迄今为止并没有被发现,但超对称作为一个理论框架,作为一种优雅的数学结构,在量子光学领域,它存在的踪迹也能呈现。在第四章中,我们利用几率幅和缀饰态两种方法求解了多光子Jaynes-Cummings模型,研究了在不同光场量子态驱动下的原子布居数反转随时间的演化特性。分析了在不同情形下,原子布居反转出现或者不出现量子崩塌与复苏效应的原因。我们还发现,在满足特定条件的情形下,量子崩塌与复苏效应可以长时间存在。我们分析了三种不同条件情形之下,量子崩塌与复苏效应长时间存在的原因。简述了多光子量子崩塌与复苏效应在量子计算与量子信息领域潜在的应用价值。在第五章中,我们将多光子Jaynes-Cummings模型拓展到原子运动情形,运动原子与光场相互作用会诱导产生一个等效的非阿贝尔规范矢量势,在这一等效规范矢量势的作用下,原子内部能级与整体质心的运动轨迹纠缠在了一起,原本只在时域出现的量子崩塌与复苏效应可以在原子运动轨迹的空间域上出现。此外,我们还从最小作用量原理出发,推导出了一般电磁场的能量-动量张量及自旋流密度张量的表达式,计算了金属与介质界面、Partity-time对称界面、磁共振介质界面上表面等离极化激元的自旋流密度,并阐述其潜在的纳米力学效应。随着量子光学与冷原子物理实验技术的不断发展,前人预言的各种量子光学效应大多在实验上得到了验证。因此研究人员需要提出一些更精细的效应,本文所研究的多光子及长时间量子崩塌与复苏效应以及在诱导出的等效非阿贝尔作用势下,原子的能级-路径纠缠效应正是这样的量子光学精细效应。我们之所以提出和研究这些精细效应,一方面是可以提供对理论原理和实验手段之间的彼此检验,另一方面为设计光量子器件提供新的原理机制。
罗娜娜[2]（2021）在《微腔耦合半导体量子点单光子源理论研究》文中提出高品质、高效率的单光子源是实现量子信息通信技术的核心部件。半导体量子点有着“人造原子”的别称,具有高量子效率、高亮度、易于集成等优点从而成为制备单光子源的理想固态系统。受腔量子电动力学的影响,与腔耦合的半导体量子点单光子源的各项性能更是得到大幅度提升。本文以制备高效率的微腔耦合量子点单光子源为目标,计算分析了量子点能级结构,讨论了量子点的跃迁机制并基于腔量子电动力学得到了高效率半导体量子点单光子源的最优结果。本课题的主要研究内容如下:1、采用有效质量近似,基于薛定谔方程对AlxGa1-xAs/GaAs柱形量子点进行能级和跃迁分析。根据波函数在边界条件连续最终得到纵向和径向的电子和空穴本征能量的表达式。结果表明,量子点尺寸越小,周围AlxGa1-xAs材料铝组分越大,量子点能级越分立。本论文还提出可以用不同的钝化材料替换径向上的AlxGa1-xAs,利用钝化材料的良好绝缘性来消除柱形量子点的表面散射,从理论上计算了不同钝化材料对量子点能级的影响,并得到了无限深势阱下GaAs量子点横向尺寸小于7.35 nm。最后讨论了量子点中载流子在分立能级上跃迁发光的机制。这对制备高质量的量子点单光子源提供了理论指导。2、基于腔量子电动力学,考虑纯消相过程和腔内外损耗比,计算了任意失谐单模腔耦合的量子点单光子源的效率。结果表明:在失谐系统中存在一个最佳的内外腔损耗比以使单光子源的效率最大化;在适当的内外腔损耗比范围内,纯消相可以提高器件的效率。进一步研究了效率与温度的关系,发现通过适当的设计,高温下的效率可以高于低温下的效率。这对制备高效单光子源提供了重要的理论依据。
阮伟[3]（2021）在《基于原子-腔的量子能量转移的特性研究》文中研究说明量子力学是研究微观粒子运动规律的基础理论,可以解释许多宏观物理理论无法解释的现象以及规律,如光电效应、波粒二象性和量子纠缠现象等。近些年来,随着电子技术的发展和集成电路的微型化,对能够管理高功率密度储能系统的需求日益增加,物理学家将量子力学和热力学结合起来,于是产生了一门新的学科,即量子热力学,以期希望能够进一步高效的控制和利用能量。对量子信息进行处理需要构造一些量子硬件,如腔量子电动力学（QED）系统,它对粒子的处理就比较方便,并且微腔可以进行扩展,因此,腔QED系统具有更加宽广的应用前景。本文基于腔QED系统对量子热力学中的量子能量转移等问题进行了研究。分别考虑了原子与腔共振相互作用以及原子与腔场大失谐相互作用的情况,研究了量子能量转移的特性,得到了两种情况下从量子系统可提取的能量变化规律,通过分析,可得出:量子系统的容量与腔场中发生相互作用的原子数量有关。研究方案主要如下:1.在原子与腔共振耦合相互作用的情况下研究了腔场的稳态能量,得到了系统充电容量随时间变化的规律;通过计算,我们也得到了量子系统的最大容量和最大功率。我们的方案可以推广到N个光子的情况。2.在原子和腔场大失谐相互作用情况下分析了量子系统的容量和功率,得出如下结论:不同的耦合系数会对系统能量的容量和功率产生影响,在失谐量一定的情况下,原子间的能量呈周期性振荡,腔场中增加二能级系统能使量子系统存取更多的能量。我们期望本文的研究结果能够对量子能量理论的研究提供一定的理论意义和实验参考价值。
林佩英[4]（2021）在《非马尔科夫环境下二能级原子与耦合腔之间的纠缠转移》文中研究说明量子纠缠现象是量子力学最明显的特征之一,是量子物理与经典物理之间差异的重要体现。量子纠缠的重要性在理论研究及实践应用上都有明显体现:首先,对于量子纠缠的研究可以深化人们对量子力学基本理论的认知;其次,量子信息理论在实际中的应用都离不开量子纠缠的作用。众所周知,在实际操作中我们不可能找到一个完全封闭的系统,外界环境总会对系统产生一定的干扰,从而导致系统发生消相干现象,致使系统的纠缠性遭到破坏,所以环境对系统的作用是实现量子信息应用的主要障碍。在此情况下,研究量子开放系统的纠缠演化具有现实意义。不同的外部环境对开放系统产生的影响不同,可将环境分为马尔科夫和非马尔科夫环境。在非马尔科夫环境下系统的演化过程具有记忆效应,流向环境的信息与能量会反作用于系统,正是由于这种反馈作用,可以延缓消相干现象。基于此,本文主要研究了耦合腔与两个非相互作用的二能级原子的纠缠演化特性,并探究了非马尔科夫环境对纠缠转移的影响。本文研究的理论模型是由超导量子干涉仪（SQUID）连接的两个腔及分别置于腔中的两个二能级原子构成,可以使用电路量子电动力学（Circuit QED）来模拟。利用“非马尔科夫量子态耗散方法（NMQSD）”我们推导出该系统的主方程,并且从以下几个方面详细分析了非马尔科夫环境对系统纠缠转移的影响。首先我们探讨了旋波近似下原子及腔间的纠缠转移。结果表明,尽管由于系统与环境的相互作用使得纠缠度在逐渐减小,但腔间纠缠仍周期性地转移到原子上。其次,我们通过改变记忆时间的长短来控制外界环境由马尔科夫过渡为非马尔科夫。并且发现当记忆时间越长,越趋近于非马尔科夫环境时,转移到原子上的纠缠值越大,且会出现多次纠缠死亡—复活现象;相反当记忆时间越短,环境越显现出马尔科夫效应,此时纠缠最大值明显小于前者,且纠缠在死亡之后也不再出现纠缠复活现象。所以非马尔科夫环境可以增强纠缠转移,起到保护纠缠的作用,同时记忆效应对纠缠的产生也有明显增强作用。最后,我们还研究了腔间耦合系数对系统纠缠动力学的影响,发现腔间耦合系数可以改变纠缠转移的大小及速率,因此可以通过选取最优的耦合系数维持系统间的纠缠转移。
孙剑[5]（2020）在《超导量子比特系统中非经典关联的研究》文中提出量子信息科学是一门新兴的交叉性学科,其涉及了量子光学、量子电动力学、信息学和数学等多门相关学科。由于其在信息传输和信息处理等方面所具有的优于经典信息的优势,所以其引起了科学界以及各国政府的高度重视,并在最近几十年得到了迅速的发展。如今许多涉及到量子通信、量子密匙和量子计算等领域的研究成果已经被人们应用到实际中。例如:基于量子密钥分配的量子保密通信技术,特别的是,最近谷歌公司还宣布他们已经在部分计算任务中实现了“量子霸权”。本论文主要研究了三个部分的内容,首先在论文的第三章研究了动力学去耦合脉冲下的两个没有相互作用的超导量子比特与一个共同的数据总线耦合的系统中非经典关联（量子纠缠和量子失谐）的动力学性质。发现系统当中的两个超导量子比特之间的非经典关联能够通过利用一系列动力学去耦合脉冲来进行增大。此外,我们还通过迹距离的方法研究了动力学去耦合脉冲对超导量子比特和数据总线之间的信息流动的影响。发现动力学去耦合脉冲能够保护两个超导量子比特的量子信息,同时加快量子信息从数据总线回流到超导量子比特中去。其次,在论文的第四章研究了动力学去耦合脉冲对原子-腔-光纤系统中非经典关联动力学和量子态转移的影响,发现原子之间量子态传输的保真度和非经典关联转移都能够通过利用动力学脉冲来得到极大改善。此外,值得注意的是随着两个连续的动力学去耦合脉冲之间的时间间隔的减小,最优的非经典关联转移和量子态传输将被实现。最后,在论文的第五章研究了动力学去耦合脉冲对腔量子电动力学系统当中的非经典关联（量子失谐和量子纠缠）和量子相干性的影响,发现动力学去耦合脉冲能够增大这个系统当中的两个原子之间的非经典关联和量子相干性。而且,我们还通过迹距离的方法研究了动力学去耦合脉冲对系统中量子信息流动的影响。发现动力学去耦合脉冲能够保护两个原子当中的量子信息,同时加快量子信息从腔场流回两个原子中去。最后,利用了态制备保真度的方法还研究了系统中三体纠缠现象,发现系统在某些时间会出现三体纠缠,而且我们能够通过动力学去耦合脉冲增加系统当中三体纠缠出现的时间。
王博[6]（2020）在《光和微纳结构的量子和光学相互作用》文中研究指明光与微纳结构的相互作用一直是国际科学界很受青睐的一个研究热点,可为发展全光网络、量子信息等新兴技术提供重要的理论基础。然而,光与微纳结构的相互作用会涉及到许多复杂的物理过程,且往往比表面看起来要复杂得多,“狡猾”的多。因此,在研究纳米、亚纳米、乃至原子尺度上的光和物质相互作用时,需要人们审慎地看待这些问题。一般来说,光与微纳结构的相互作用可以有光学相互作用和量子相互作用。其中,量子相互作用涉及到微观层面的能级劈裂,反映了光与微观粒子间的相互作用在内能态上的变化,而光学相互作用涉及到宏观层面上的光学模式单元间的相干干涉和耦合,反映了光与宏观物质间的相互作用在外在表征上的物理变化。基于光子晶体学,表面等离激元光学,腔量子电动力学,量子光学以及腔光机械系统领域和平台,本论文对这些复杂体系里所涉及的光学相互作用和量子相互作用做了详细的分析,探求其中蕴含的新物理和新现象,并取得了一些研究成果。在多模微腔中,我们建立了基于时间调制的耦合模理论,实现了两个模式之间的光子跃迁。我们构建了光子晶体多模微腔,实现了基于光子跃迁的低Q值微腔模式和高Q值微腔模式之间的完全能量转换,继而设计了新型的动态光学存储器。此存储器可以有效地实现对信号光脉冲的捕获、超长时间的存储和快速释放的过程。另外,我们还发现光子寿命和操作带宽的基础关联限制可以被打破,使得延迟带宽积的值达到76。这种动态光学存储器在光子电路、全光信息处理和光通信领域有着广阔的应用前景。近年来,等离激元纳米腔和分子组成的强耦合系统获得广泛的关注,也存在着一些争议问题,即实验者观察到的光谱劈裂（散射谱等）是否可以与量子辐射体内的本征能级劈裂画上等号,从而能真实地反映量子辐射体的能态演化及劈裂现象。在本论文中,我们发现散射光谱对周围物质非常敏感,而巨大的光谱劈裂既源于单分子与等离激元的量子相互作用（量子拉比劈裂）,也源于多分子与等离激元的经典光学相互作用。我们建立了一个能够定量区分光学和量子相互作用的物理模型和解析理论,其中利用洛伦兹模型来近似地描述分子和等离激元。我们发现相比于单分子拉比劈裂的量子相互作用,分子集体与纳米间隙等离激元的光学相互作用,是产生巨大光谱劈裂的主要原因。该理论还指出光学相互作用所引起的光谱劈裂量与√（N为分子数）同样成正比。简单地说,实验中所观察到的巨光谱劈裂并不是纯量子拉比劈裂,而是由所有分子集体与等离激元的光学相互作用产生的巨大频谱调制和单分子与等离激元强耦合的量子拉比劈裂所引起的较小光谱调制效应的协同作用之总和。基于上述相似的耦合系统,我们通过在金属纳米间隙内放置点光源来考察近场激发对分子-等离激元强耦合效应的影响。此激发模式不仅激发了表面等离激元还激发了光源附近的近场,而这两个场将相干叠加,成为金属纳米结构的总局域场。进一步发现,此总局域场可以压缩微腔的有效模体积。对于由金属纳米微腔和分子组成的强耦合系统,分子不仅仅可以与表面等离激元发生量子相互作用,还与近场发生量子相互作用。因此,我们在荧光光谱上发现拉比劈裂明显增大,拉比振荡的可逆相互作用明显增强。同时,我们还与已报道的实验结果做对比,发现近场激发模式下的耦合强度是远场激发模式的1.7倍。这项工作可以促进纳米尺度上新颖量子现象的研究以及相关应用的研发,例如芯片集成的量子信息处理、量子逻辑门和量子纠缠。最后,我们将研究领域拓展到腔光机械系统,探讨了原子-光子-机械振子的量子相互作用情况。我们提出了一个将描述原子与光子之间量子相互作用的全量子方法与描述机械振子的经典方法相结合起来的理论模型,并构造了一个时间依赖的哈密顿量。通过缀饰态的方法求解这个方程,我们发现系统的真空拉比劈裂是时间依赖的,即原子能级劈裂一直受到机械振子的调制。我们发现,即使原子与光场不共振,经典的能级反交叉（频域能级反交叉）依然可以出现,其原因是由于机械振子的相位调制在某一时刻补偿了原子-光子的失谐量。我们将此理论模型推广到极大振幅区域,发现机械振子的失谐补偿能力可以达到GHz水平。最后,我们的研究表明当原子和光子共振时,原子-光子-机械振子系统可以达到最大耦合强度。这些结果有助于开辟一条利用机械振子干涉和操纵光机量子平台中光与物质相互作用的新途径。总的来说,我们研究了在不同体系上所涉及的量子和光学相互作用。在多模微腔中,我们建立了基于时间调制的耦合模理论,实现了两个模式之间的光子跃迁。此光学相互作用机制为设计新型全光信息处理器件带来一定的理论指导意义。接着,在分子和等离激元耦合系统中,我们发现相比于单分子拉比劈裂的量子相互作用,分子集体与纳米间隙等离激元的光学相互作用,是产生巨大光谱劈裂的主要原因。该理论有助于理清微观分子在单光子光场驱动下的内在能级劈裂的真实大小,回答真实的量子拉比劈裂能达到多大数量级的问题,更重要的是,回答人类能够在多大程度上改变微观世界这一根本的科学问题。为了增强量子辐射体和金属纳米腔的量子相互作用,我们发现近场激发模式可以为量子辐射体提供两个相互作用通道:表面等离激元场和近场。这一发现有助于我们探索更多一腔多场的效应来增强量子相互作用强度,促进纳米尺度上新颖量子现象的研究。最后,我们研究了原子-光子-机械振子的量子相互作用系统,发现在机械振子的调制下,系统处于动态的能级劈裂状态,出现了时域的能级反交叉。这些结果有助于我们利用机械振子对量子相互作用系统进行干涉和调控,同时这一调控行为有机会在基础科学和高技术领域挖掘到新的应用。
段雪珂,古英,龚旗煌[7]（2019）在《微纳尺度腔量子电动力学》文中指出腔量子电动力学是在单量子层次上研究光和物质相互作用,在光和原子的强弱耦合、量子相干以及量子信息等方面取得了巨大的成功。通过局域场增强效应,微纳光子结构可以极大地提高光和量子体系的耦合强度,给传统腔量子电动力学带来了新的研究机遇。文章综述了微纳尺度腔量子电动力学的基本原理、重要进展以及可能的应用,特别是在基于金属微纳结构的复合体系中的量子光学效应。这些研究工作不但丰富了光和物质相互作用的内容,还将为芯片上量子信息过程及其可扩展量子网络提供一定的基础。
闫国安[8]（2019）在《量子信息输运和非绝热量子计算的理论研究》文中进行了进一步梳理量子信息科学是将量子力学应用到计算机科学、信息科学和密码学等多个学科中而形成的交叉学科,它研究的主要内容是相对安全的量子信息输运和可靠的量子计算。量子信息在保密性和传输效率方面,相比于经典信息,具有后者无法比拟的优势。目前有很多可以实现量子信息输运的物理载体供选择,其中腔QED系统和光与物质的相互作用进行量子信息处理,无论在理论上还是实验上都得到了广泛的研究。因为原子和光子的寿命长,具有很好的抗退相干性。尤其是最近几年高品质因子共振腔的研制成功使得腔QED系统成为了未来量子信息处理实用化最有潜力的候选者之一。量子计算能够有效的解决一些在经典计算机中被证明是困难的问题,例如,大数质因子分解问题。在量子计算的研究中,量子门是进行规模化量子计算,特别是分布式量子计算的基本单元。因此,构造和实现量子逻辑门操作是实现量子计算的核心操作,同时也是实现量子计算机的必要条件。本文主要研究了原子间偶极-偶极相互作用对单光子输运的影响、循环三能级系统的量子路由保真度分析和通用量子逻辑门的构造,以及在NV中心如何实现高保真非绝热量子计算。主要取得结果和创新点如下:1.原子间偶极-偶极相互作用对耦合腔波导完美传输单光子的影响偶极-偶极相互作用是两个原子之间的一种相互作用形式。本方案中,我们研究了具有偶极-偶极相互作用的两个原子耦合在一维耦合腔波导中实现了单光子的相干传输。通过数值模拟表明,光子的透射光谱取决于两个原子间的偶极-偶极相互作用和光子-原子之间的耦合相互作用。其中偶极-偶极相互作用可以改变光谱中的倾角位置,光子-原子之间的耦合强度可以改变透射光谱中的频带宽度。我们还进一步发现偶极-偶极相互作用可以使透射光谱分裂成两个能带谱。2.基于循环三能级系统的量子路由保真度分析量子路由器可以将量子信息从一个量子信道引入到另一个量子信道。因此,它在未来复杂的量子网络中发挥着越来越重要的作用。本文中,我们验证了周等人提出的量子路由器可以实现量子态的高保真度。我们发现当耦合强度ga=gb时,原子的保真度在一段时间内先从最大值开始减小,然后在上升最后达到最大值1;当耦合强度不相等时,保真度达不到最大值1。这表明量子路由器不仅可以传输量子信息而且可以保持信息。3.基于循环三能级系统在光学腔中实现量子iSWAP门实现量子计算必须要构造普适的量子逻辑门,而iSWAP门是组成复杂量子逻辑门的核心单元之一。因此,我们提出了在双模腔量子电动力学中通过循环三能级系统来直接实现iSWAP门的方案。在该方案中,原子组合与双腔模式和经典场的强耦合相互作用可以导致原子的激发态绝热地消除。而且该方案对原子自发辐射具有很强的鲁棒性。我们还讨论了原子自发辐射和腔模衰减对光子损失和保真度的影响。理论结果表明,该方案在实际噪声下具有很高的保真度。4.在NV中心固态自旋下实现高保真度非绝热量子计算非绝热完整量子计算的高速实现和鲁棒性为克服量子系统与环境容易退相干的困难提供了新思路,从而为大规模量子计算机的构建奠定了基础。我们在NV中心电子自旋态下实现非绝热完整量子计算并展示了高保真的量子门,这为在室温下实现量子计算的可扩展性实验提供了理论基础。与之前的方法相比,我们通过由NV中心获得的非阿贝尔几何相位来改变微波脉冲的振幅和相位实现了单比特门和双比特门。
苗强,李响,吴德伟,罗均文,魏天丽,朱浩男[9]（2019）在《量子微波制备方法与实验研究进展》文中进行了进一步梳理量子微波信号既保留了经典微波信号的空间远距离传播能力,又具有非经典的量子特性,为微波频段量子通信、量子导航及量子雷达等基于大尺度动态空间环境无线传输的量子信息技术提供了可资利用的重要信号源.按照腔量子电动力学系统、超导电路量子电动力学系统和腔–光（电）–力学系统三大类型实验平台,归纳、分析了微波单光子、纠缠微波光子以及压缩微波场和纠缠微波场的产生原理、方法和相关典型实验的进展,并探讨了非经典微波场在量子导航等自由空间传输系统应用中需重点解决的若干关键问题.
赵鹏[10]（2018）在《电路量子电动力学：光与物质相互作用》文中研究说明光与物质相互作用是自然界中基本的物理过程之一,而单个二能级系统与一个波色模相耦合,是最简单的光与物质相互作用模型。对该物理模型的理论研究和实验研究加深了人们对量子力学的理解。作为该模型的物理实现,腔量子电动力学（Cavity Quantum Electrodynamics,CQED）主要研究自然原子和腔光场之间的相互作用。经过数十年的实验研究,CQED系统已被证明是一个研究量子光学和量子信息处理的理想实验平台。此外随着对量子世界不断深入的理解,实验技术条件的不断发展以及与不同学科的交叉（如低温物理学,超导,微波工程,凝聚态物理等）,人们认识到了将量子相干性作为新的资源带入“现实世界”的可能性,例如通过控制光与物质的相互作用来实现对量子信息的编码,操控和读取（即量子信息处理）。而作为固态版本的CQED系统,电路量子电动力学（Circuit QED）系统作为实现量子信息处理的可能系统引起人们的广泛关注,该系统凭借其灵活的可操作性以及可扩展性已成为最有希望实现量子计算机的物理系统之一。在研究新的量子技术方案的背景下,本文主要探究了电路量子电动力学系统中新的光与人工原子间的有效相互作用的机制,从而为量子态的操控提出新的方案。在正文中,将主要从以下两个角度来探究腔场与超导量子比特的耦合系统;（1）超导量子比特处于中心地位,而谐振腔只是辅助的系统。由于相当大的非谐性,超导量子比特一般被当作理想的二能级系统用来编码量子信息,即量子比特（Qubit）。实际上,超导量子比特作为天然的多能级原子,即使在物理过程中其高的能级（比如第三个能级）没有占据数,其依然对系统的动力学有着重要的影响。这背后的物理机制是该动力学中一些虚过程涉及到了这些高的能级。我们发现利用这些涉及高的能级的虚过程,可以在光与原子耦合系统中观测到新的物理现象,例如单个光子激发两个或多个相互分离的原子,腔辅助的相互分离的多个量子比特间交换相互作用等。（2）谐振腔处于中心地位,而超导量子比特作为辅助系统来实现对谐振腔的量子态的操控。谐振腔可以看作一个理想的量子谐振子,有无限大维度的希尔伯特空间,可以用它来编码量子信息,这对实现量子纠错有着天然的便利（对超导量子比特来说,量子纠错需要多个物理比特构成一个逻辑比特,即逻辑比特冗余地编码在一个由多个比特构成相当大的希尔伯特空间中）。同时,当前高品质的谐振腔可以相当容易的实现且参数可控。然而,谐振腔作为相当简单的量子系统,与超导量子比特相比（用微波驱动可以制备在任意的量子态上）,腔量子态的直接操控却几乎不可能（利用微波,只能制备在相干态上,与经典态几乎不可区分）。一般,对腔量子态的操控需要借助于辅助的非谐性元件（如超导量子比特）来完成。通过将一个三能级人工原子和微波谐振腔耦合起来,我们实现了一个双光子驱动的克尔腔。通过绝热的演化,我们可以制备谐振腔的薛定谔猫态。同时,将多个这样的腔通过超导量子比特耦合起来,可以将该系统扩展成一个可用于实现量子信息处理的网络。
二、腔量子电动力学与量子信息过程（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、腔量子电动力学与量子信息过程（论文提纲范文）
（1）多光子Jaynes-Cummings模型中的量子崩塌-复苏与能级-路径纠缠效应（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1.绪论 |
| 1.1 有关Jaynes-Cummings模型的理论研究进展 |
| 1.2 实现Jaynes-Cummings模型的实验系统 |
| 1.2.1 腔量子电动力学系统 |
| 1.2.2 超导电路量子电动力学系统 |
| 1.2.3 囚禁离子系统 |
| 1.3 本论文的主要内容和创新点 |
| 2.电磁场与物质的相互作用的基本理论 |
| 2.1 电磁场与原子相互作用的半经典理论 |
| 2.2 电磁场与原子相互作用的全量子理论 |
| 2.2.1 单模电磁场与二能级原子相互作用的全量子模型 |
| 2.2.2 相干态驱动下的量子崩塌与复苏效应 |
| 2.3 本章小结 |
| 3.多光子Jaynes-Cummings模型及其超对称性 |
| 3.1 超对称概述 |
| 3.2 多光子Jaynes-Cummings模型的引入及其超对称性 |
| 3.3 多光子Jaynes-Cummings模型的物理实现 |
| 3.4 本章小结 |
| 4.多光子Jaynes-Cummings模型中的量子崩塌与复苏效应 |
| 4.1 多光子Jaynes-Cummings模型的求解 |
| 4.1.1 几率幅方法 |
| 4.1.2 缀饰态方法 |
| 4.2 相干态驱动下多光子Jaynes-Cummings模型的时间演化特性 |
| 4.3 双光子Jaynes-Cummings模型中的长时间量子崩塌-复苏效应 |
| 4.4 少光子数相干态驱动的失谐情形下的量子崩塌-复苏效应 |
| 4.5 亚泊松分布光场驱动的长时间量子崩塌-复苏效应 |
| 4.6 压缩态驱动下多光子Jaynes-Cummings模型的时间演化特性 |
| 4.7 Q函数的量子崩塌与复苏效应 |
| 4.8 本章小结 |
| 5.多光子跃迁诱导的超对称等效规范势与能级-路径纠缠效应 |
| 5.1 超对称规范势的引入 |
| 5.2 多光子跃迁过程中的原子能级与路径纠缠效应 |
| 5.3 含时多光子Jaynes-Cummings模型中的几何相位 |
| 5.4 本章小结 |
| 6.总结与展望 |
| 7.附录:表面光场与原子的相互作用 |
| 7.1 金属-介质界面上表面等离激元的自旋流密度及纳米力学效应 |
| 7.1.1 金属-介质界面上的表面等离极化激元 |
| 7.1.2 电磁场的自旋流密度 |
| 7.1.3 表面等离极化激元的电磁自旋流密度 |
| 7.1.4 基于表面等离极化激元自旋密度的纳米力学效应 |
| 7.2 Partity-time对称界面上表面等离极化激元的自旋流密度 |
| 7.2.1 Partity-time对称界面上SPPs自旋流密度的平均值 |
| 7.2.2 Partity-time对称界面上SPPs自旋流密度的瞬时值 |
| 7.3 磁共振介质界面上TE模SPPs的自旋流密度 |
| 7.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（2）微腔耦合半导体量子点单光子源理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 半导体量子光源研究背景 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 单光子源实现系统 |
| 1.2.2 半导体量子点单光子源能级结构研究现状 |
| 1.2.3 半导体量子点单光子源效率研究现状 |
| 1.3 论文主要工作及架构 |
| 第二章 半导体量子光源的理论基础 |
| 2.1 量子点简介 |
| 2.1.1 量子点制备方法 |
| 2.1.1.1 自上而下制备的量子点 |
| 2.1.1.2 自上而下制备的量子点 |
| 2.2 单光子源 |
| 2.2.1 不同光源的性质 |
| 2.2.2 理想单光子源的特性 |
| 2.3 光致发射单光子的产生方式 |
| 2.3.1 非共振光致量子点单光子源发光 |
| 2.3.1.1 带上激发 |
| 2.3.1.2 P-壳层激发 |
| 2.3.2 共振光学激发量子点 |
| 2.4 腔量子电动力学简介 |
| 2.4.1 腔量子电动力学基本原理 |
| 2.4.2 Jaynes-Cummings模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 半导体量子点能级结构和跃迁 |
| 3.1 基本模型及原理 |
| 3.2 半导体量子点能级结构分析与讨论 |
| 3.2.1 量子点纵向能级结构分析与讨论 |
| 3.2.2 量子点径向能级结构分析与讨论 |
| 3.2.2.1 Al_xGa_(1-x)As对量子点径向能级的影响 |
| 3.2.2.2 不同钝化材料对量子点径向能级的影响 |
| 3.2.3 半导体量子点载流子跃迁发光讨论 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 半导体量子点单光子源效率计算 |
| 4.1 单量子点-腔耦合模型建立 |
| 4.2 半导体量子点单光子源效率 |
| 4.2.1 腔内外损耗比对效率的影响 |
| 4.2.2 温度对效率的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（3）基于原子-腔的量子能量转移的特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 量子电池的基本概念 |
| 1.2 量子能量转移模型 |
| 1.3 本文结构 |
| 第二章 量子能量系统相关基本理论 |
| 2.1 量子纠缠 |
| 2.1.1 量子纠缠态的定义 |
| 2.1.2 量子纠缠态的度量 |
| 2.1.3 量子纠缠态的应用 |
| 2.2 量子热力学 |
| 2.2.1 热力学中量子表述 |
| 2.2.2 量子绝热 |
| 2.2.3 热力学功的测量 |
| 第三章 腔QED系统的基本理论 |
| 3.1 腔QED系统简介 |
| 3.2 J-C模型 |
| 3.3 原子-腔场相互作用介绍 |
| 3.3.1 共振相互作用 |
| 3.3.2 大失谐相互作用 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于原子-腔的量子能量转移 |
| 4.1 基于原子-腔共振作用的能量转移 |
| 4.2 基于原子-腔大失谐作用的能量转移 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（4）非马尔科夫环境下二能级原子与耦合腔之间的纠缠转移（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 量子信息理论 |
| 1.2.1 量子纠缠理论 |
| 1.2.2 纠缠度量 |
| 1.2.3 量子消相干 |
| 1.2.4 量子纠缠的应用与前景 |
| 1.3 本文主要工作 |
| 第2章 腔量子电动力学 |
| 2.1 腔QED的基本理论 |
| 2.2 腔QED系统的基本原理 |
| 2.3 耦合腔 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 原子与耦合腔系统动力学及其演化 |
| 3.1 二能级原子与耦合腔系统的纠缠动力学 |
| 3.1.1 非马尔科夫动力学—NMQSD方法 |
| 3.1.2 理论模型 |
| 3.1.3 NMQSD主方程 |
| 3.2 二能级原子与耦合腔系统的纠缠转移理论分析 |
| 3.2.1 旋波近似下系统的纠缠转移 |
| 3.2.2 非马尔科夫环境对系统纠缠转移的影响 |
| 3.2.3 系统参数对系统纠缠转移的影响 |
| 3.2.4 非马尔科夫环境对纠缠产生的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（5）超导量子比特系统中非经典关联的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 引言 |
| 2 量子光学与量子信息的相关基础知识 |
| 2.1 量子比特 |
| 2.2 量子门和量子隐形传态 |
| 2.2.1 单量子比特门 |
| 2.2.2 双量子比特门 |
| 2.2.3 量子隐形传态 |
| 2.3 相互作用绘景 |
| 2.4 密度矩阵与约化密度矩阵 |
| 2.5 非经典关联 |
| 2.5.1 量子纠缠与其度量方法 |
| 2.5.2 量子失谐与其度量方法 |
| 2.5.3 量子相干性与其度量方法 |
| 2.6 迹距离与保真度 |
| 2.6.1 迹距离与信息流动 |
| 2.6.2 保真度与三体纠缠 |
| 3 超导量子比特系统的非经典关联研究 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 超导量子比特的动力学演化 |
| 3.3 动力学脉冲对超导量子比特之间的非经典关联的增强 |
| 3.4 动力学去耦合脉冲对量子信息转移的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 原子-腔-光纤系统的量子关联研究 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 原子-腔-光纤系统的动力学演化 |
| 4.3 系统非经典关联的转移 |
| 4.4 量子纠缠态转移的保真度 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 动力学去耦合脉冲对量子相干性和三体纠缠的影响 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 腔量子电动力学系统的动力学演化 |
| 5.3 动力学去耦合脉冲对非经典关联和量子相干性的影响 |
| 5.4 动力学去耦合脉冲对系统中量子信息转移的影响 |
| 5.5 动力学去耦合脉冲对系统当中三体纠缠的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间主要研究成果 |
（6）光和微纳结构的量子和光学相互作用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光子晶体 |
| 1.2 动态光信息存储 |
| 1.3 腔量子电动力学 |
| 1.3.1 Jaynes-Cummings模型 |
| 1.3.2 腔量子电动力学的研究进展 |
| 1.4 表面等离激元与腔量子电动力学 |
| 1.4.1 表面等离激元 |
| 1.4.1.1 金属介电函数的理论模型 |
| 1.4.1.2 表面等离激元的色散关系 |
| 1.4.1.3 局域表面等离激元 |
| 1.4.2 辐射体-等离激元间相互作用的研究进展 |
| 1.5 腔光机械系统与腔量子电动力学 |
| 1.5.1 光压效应 |
| 1.5.2 腔光机械系统 |
| 1.5.2.1 腔光机械系统的应用 |
| 1.5.2.2 典型的腔光机械系统模型 |
| 1.6 本论文的主要工作 |
| 第二章 基于光子跃迁的频率转换以及动态Q因子调制 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 基于带隙内的模间光子跃迁的理论模型建立 |
| 2.3 基于光子跃迁机制下的高Q因子模式和低Q因子模式的能量相互转换 |
| 2.4 基于动态调Q机制实现信号光子的捕获-存储-释放的过程 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 等离激元-分子强耦合系统中量子和光学相互作用对巨频谱劈裂的贡献 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 散射谱和荧光光谱的分析 |
| 3.3 量子相互作用 |
| 3.4 光学相互作用 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 通过近场激发增强真空拉比劈裂 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 基于远场激发模式和近场激发模式下的腔场分布特点 |
| 4.3 基于近场激发模式的模体积的理论计算方法以及系统动力学模型 |
| 4.4 基于近场激发和远场激发的有效模体积 |
| 4.5 激发光源位置对有效模体积的影响 |
| 4.6 基于两种激发模式下的量子辐射体和腔场间的强相互作用 |
| 4.7 与实验的比较 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 原子-腔-机械振子耦合系统的拉比劈裂 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 物理与模型 |
| 5.3 时域的能级反交叉 |
| 5.4 利用机械振子实现对失谐量的相位补偿 |
| 5.5 基于极大振幅机制下的相位匹配 |
| 5.6 原子-光子-机械振子耦合系统的完全能级 |
| 5.7 本章小结 |
| 总结和展望 |
| 1.工作总结 |
| 2.研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（7）微纳尺度腔量子电动力学（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 微纳尺度上光子和激子的弱耦合效应 |
| 3 微纳尺度上光子和激子的强耦合效应 |
| 4 微纳尺度上的量子干涉 |
| 5 总结和展望 |
（8）量子信息输运和非绝热量子计算的理论研究（论文提纲范文）
| 论文创新点 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 腔量子电动力学(Cavity Quantum Electrodynamics) |
| 1.1.1 背景和历史 |
| 1.1.2 腔QED系统的物理参数 |
| 1.1.3 Jaynes-Cummings模型 |
| 1.1.4 退相干 |
| 1.2 量子信息基础知识 |
| 1.2.1 量子态 |
| 1.2.2 量子纠缠 |
| 1.2.3 量子通信 |
| 1.2.4 保真度 |
| 1.3 量子计算 |
| 1.3.1 量子比特 |
| 1.3.2 寄存器 |
| 1.3.3 量子逻辑门 |
| 1.3.4 量子算法 |
| 1.4 量子计算机 |
| 1.5 抗量子计算公钥密码 |
| 1.5.1 基于Hash函数的数字签名方案 |
| 1.5.2 基于纠错码的密码 |
| 1.5.3 基于格的密码 |
| 1.6 NV中心 |
| 1.7 本论文的主要结构 |
| 2 原子间偶极-偶极相互作用对耦合腔波导完美传输单光子的影响 |
| 2.1 背景介绍 |
| 2.2 理论模型 |
| 2.3 单光子输运的透射光谱 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于循环三能级系统的量子路由保真度分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 单光子量子路由 |
| 3.3 量子态高保真度分析 |
| 3.4 小结 |
| 4 基于循环三能级系统在光学腔中实现量子iSWAP门 |
| 4.1 背景介绍 |
| 4.2 物理模型 |
| 4.3 量子iSWAP门 |
| 4.4 小结 |
| 5 在NV中心固态自旋下实现高保真度非绝热量子计算 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 非绝热整体量子计算 |
| 5.3 单比特量子门 |
| 5.4 数值模拟与讨论 |
| 5.5 双比特量子门 |
| 5.6 小结 |
| 6 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 附录 A 符号约定 |
| 附录 B 运用时间平均法获得有效哈密顿量 |
| 附录 C 耦合腔波导介绍 |
| 参考文献 |
| 攻博期间发表的科研成果目录 |
| 致谢 |
（10）电路量子电动力学：光与物质相互作用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 导论 |
| 1.1 量子计算 |
| 1.1.1 量子计算机 |
| 1.1.2 物理实现 |
| 1.2 腔量子电动力学 |
| 1.3 电路量子电动力学 |
| 1.3.1 量子化的超导电路 |
| 1.3.2 超导电路中的腔量子电动力学:电路量子电动力学 |
| 1.4 论文结构 |
| 第二章 电路量子电动力学 |
| 2.1 微波谐振腔 |
| 2.1.1 共面波导谐振腔 |
| 2.1.2 三维波导谐振腔 |
| 2.2 超导量子比特 |
| 2.2.1 电荷量子比特 |
| 2.2.2 磁通量子比特 |
| 2.3 超导电路中的量子电动力学 |
| 2.3.1 电路量子电动力学系统 |
| 2.3.2 电路量子电动力学系统的耦合区间 |
| 2.3.3 电路量子电动力学系统与环境的耦合 |
| 第三章 电路量子电动力学:单个光子同时激发两个原子 |
| 3.1 单个光子同时激发两个原子 |
| 3.1.1 系统模型和有效哈密顿量 |
| 3.1.2 电路量子电动力学系统中的物理实现方案 |
| 3.2 微波驱动同时激发两个量子比特 |
| 3.2.1 系统模型和有效哈密顿量 |
| 3.2.2 电路量子电动力学系统中的物理实现方案 |
| 3.3 结论 |
| 第四章 电路量子电动力学: 相互分离的原子间相互作用 |
| 4.1 虚光子辅助的两原子耦合 |
| 4.2 虚光子辅助的多个原子耦合 |
| 4.2.1 单腔虚光子辅助的三原子耦合 |
| 4.2.2 双腔虚光子辅助的三原子耦合 |
| 4.3 结论 |
| 第五章 电路量子电动力学系统: 双光子驱动的克尔谐振腔 |
| 5.1 双光子驱动的克尔谐振腔 |
| 5.2 三谐振腔间可调耦合 |
| 5.3 量子退火 |
| 5.3.1 应用三体相互作用的LHZ方案 |
| 5.3.2 双光子驱动的克尔谐振腔:LHZ量子退火机 |
| 5.4 结论 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 科研成果 |
| 致谢 |
四、腔量子电动力学与量子信息过程（论文参考文献）
- [1]多光子Jaynes-Cummings模型中的量子崩塌-复苏与能级-路径纠缠效应[D]. 种诗尧. 浙江大学, 2021(01)
- [2]微腔耦合半导体量子点单光子源理论研究[D]. 罗娜娜. 北京邮电大学, 2021(01)
- [3]基于原子-腔的量子能量转移的特性研究[D]. 阮伟. 阜阳师范大学, 2021(12)
- [4]非马尔科夫环境下二能级原子与耦合腔之间的纠缠转移[D]. 林佩英. 华北电力大学(北京), 2021(01)
- [5]超导量子比特系统中非经典关联的研究[D]. 孙剑. 贵州师范大学, 2020(02)
- [6]光和微纳结构的量子和光学相互作用[D]. 王博. 华南理工大学, 2020(02)
- [7]微纳尺度腔量子电动力学[J]. 段雪珂,古英,龚旗煌. 物理, 2019(06)
- [8]量子信息输运和非绝热量子计算的理论研究[D]. 闫国安. 武汉大学, 2019(08)
- [9]量子微波制备方法与实验研究进展[J]. 苗强,李响,吴德伟,罗均文,魏天丽,朱浩男. 物理学报, 2019(07)
- [10]电路量子电动力学：光与物质相互作用[D]. 赵鹏. 南京大学, 2018(09)