物理量子计算机论文 冷槽离子量子计算机中的温度效应-理论物理专业毕业论文.docx...

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天津大学博士学位论文 摘要摘 要冷槽离子量子计算机借助于质心模式单声子充当量子信息载体,在不同的量子位间传递信息,从而实现了任意量子位间的控非门操作。本文指出,在这个过程中,系统环境温度的涨落引起的退相干效应直接影响信息存储能力,是能否进行正常量子计算的一个重要因素,这成为冷槽离子罱子计算机实现量子计算的~个重要外部实验条件。在量子计算机的实际应用过程中,为更方便操作,我们希望环境温度越高越好,即量子计算机抗温度退相干性好。所以研究温度对槽离子基态稳定性和质心声子数的影响,由此找到提高温度的方法就尤为重要。本论文利用量子统计、量子格林函数和量予松原函数方法,系统的研究了两种不同条件下的冷槽离子量子计算机模型中的温度效应问题,主要工作概述如下:1 对量子计算机的能力、应用、构建、工作原理及其存在的问题做了一个总体的评述。2总结了冷槽离子量子计算机的物理装置、槽中离子的运动规律、槽离子的激光冷却、实现门操作时激光同离子相互作用的形式、门运算的实现等方面的内容,分析了实现量子计算过程中存在的问题,提出了本文的研究方向。3 采用量子统计的方法,粗略的讨论了D-I-Ielon模型中量子位态的热稳定性问题,结果表明:(1)离子内态稳定性随温度的升高而降低。在门运算之前,保持量子位能够被分辨,存储信息不被破坏的温度上限大约为4mK,这也是进行可靠门运算的温度上限。这个结果同Rainzer实验中提到的小于5mK定量相符。(2)在许多讨论退相干的文章中都仅考虑了质心模式声子对量子计算的影响。本文通过定性讨论得到其它振动模式的耦合对离子内态的影响很弱,可以不予考虑的结果,从而对忽略非质心模式的影响给出了一个解释。4考虑了声子态与量子位态的耦合,我们利用量子双时格林函数细化了上述工作,结论如下:(1)离子内态的偏离随温度的升高而加剧。偏离的临界温度大约为2mK,这个结果同量子统计的计算结果一致。当温度高于这个上限,如果没有有天津太学博士学位论文 摘要力缓罐方繁僳涯,会导致计葵维秉出锾。蘸浚这魏爱求署发赣静绸锩方案,撬高纠错能力;或者增大激光调偏量,即在激光频率不变情况下,减小槽频率,或选择具有较高内部激发能量的离子来充当量子位,以提高离子内态的偏离溅菠。(2)袋心声子平均数薄瀑瘦熬嚣囊丽堰热,或辫在一疆定瀵发下,声予数随激光调偏鼹的增加而增加。对单声予实现门操作的机制,声子受温度的影响高于量子饺态。5针对单声予在『.j操{乍中的特殊角色,我们用松原邈数方法计算了Cirac和Zoller的冷槽离予模型中温度对质心声子数的影响。结果殿示:(1)离予内态信息存撩兹湿度上限必mK数爨缓,藤单声予兹控翱湿发帮在弘x数豢级,所以在fl操作过程中,主要考虑质心声子态的漱度效应。(2)同一温度下,质心模式声子数随槽频率的增加而减少,而它的频率等于槽频率,所以温度涨落比较难激发矮心声孑。嚣毙应程缣持激竞g§够分瓣荸令褒予鹚羲疆下尽爨箍蕊疆频率戳获得较商实现量子计算机正常门运算的湿度。综合考虑榴频率对量子位内态稳定性和质心模式声予数的影响可知:实验中应选择一卞台逡静灌频率蕊藏颞二者鳃乎籀。关键词;塞予诗算撬,冷疆裹子,遂鹈予, 矮心模式, 呼啜模式,离子蠹态Lamb,Dicke参数,RaN频率天津大学博士学位论文AbstractTheoperationofControl—Notlogicalgatesbetweenarbitraryqubitscanberealizedusingthesinglecenter-of-)modephonontoactasquantuminformationbusthattransformedtheinformationbetweendifferentqubitsinacold-puter.Thispaperpointedoutthatthedecoherenceinducedbythefluctuationoftheenvironmentaltemperaturehaddirecteffectonthecapabilityofinformationstoring,putationcancontinue.puter.puter,wehopedtheenvironmentaltemperaturethehigher,thebetterwas。Sowecanoperateitexpediently,thatis.puterhadastrongcapabilitytOresistthedecoherencefromthetemperaturefluctuation,SoitwasveryimportanttofindthemethodtoimprovetheoperNiontemperaturebyinvestigatingtheinfluen

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