基于原子-腔系统的非绝热和乐量子计算

量子计算的实际应用依赖于高保真度的量子门,而获得高保真度量子门所面临的主要挑战之一是系统的控制误差.几何相具有仅依赖系统演化路径而与演化速度大小等细节无关的特点,因此基于几何相设计的量子门具有抵抗系统控制误差的抗噪声性.特别是,基于非绝热非阿贝尔几何相设计的和乐量子门具有完全的几何性质,并且不受绝热缓慢演化条件的限制,受到了人们的广泛关注.本文提出了利用原子-腔系统实现非绝热和乐量子计算的方案.以四能级原子的基态作为逻辑量子比特编码空间的基矢,在激光脉冲的操控下,通过公共腔模交换虚光子产生双原子基态和辅助状态之间的跃迁,实现了两比特非绝热和乐受控相位门,它与通过激光脉冲操控单原子实现的任意单比特非绝热和乐门一起组成了非绝热和乐量子计算的通用量子门.     

镱原子激发态跃迁分支比、寿命和跃迁几率的实验测定

式中A_(ij)是E_i向E_j的跃迁几率,分母是对E_i向不同下能级E_k的所有可能的跃迁几率求和。假定有N_i个原子处于高能级E_j中,则从E_i至E_j发射的荧光强度I_(ij)可用公式     

类锂N4+离子与Na原子碰撞过程中电子俘获激发态实验研究

<正>随着原子电离技术的迅速发展,人们能获得原子的电离度也越来越高,直到获得类氢∪⁹¹⁺离子和全剥离的裸铀离子极高电荷态离子的获得,给我们提出了许多有关的电离原子的课题,例如:高Z类氢离子的跃迁能量的精确测量;高Z元素紧束缚态1s电子碰撞电离截面的测量;低速高电荷离子与表面相互作用中粒子反转机制的研究;高电荷态离子量子电动力学(QED)效应,兰姆位移和超精细结构的分裂,等等.     

依赖强度耦合的Jaynes-Cummings模型的推广

Jaynes-Cummings模型(以下简称JCM)描述一个二能级原子与单模辐射场单光子的相互作用,它是量子光学最重要的模型之一。后来Sukumar等人,将这模型直接推广到多光子相互作用,这为研究原子的多光子跃迁提供了一个有效的工具。这两个模型有一个特点,即原子和辐射场的耦合程度与辐射场的强度无关。为反映原子与辐射场耦合对辐射场强度的依赖,Buck和Sukumar提出了一个依赖强度耦合的Jaynes-Cummings模型(取h=1单位):     

书讯

《量子信息物理原理》作者:张永德出版:科学出版社2006年1月定价:59元本书系统介绍了量子信息论的物理原理.全书内容包括量子测量问题、双态系统、量子纠缠与纠缠分析、Beli型空间非定域性及分析、退相干分析、纯化与相干性恢复、不可克隆定理与量子Zeno效应、量子态超空间转移、量子门与简单量子网络、量子算法、量子误差纠正与保真度、量子信息论等.重点在于阐述物理原理.每章后均附有相关文献和习题,全部习题均给出了详细解答.     

非绝热和乐量子计算研究进展

量子计算的实际应用依赖于高保真度的量子门,而获得高保真度量子门所面临的两个主要挑战是克服系统的控制误差和环境噪声.几何相仅依赖于系统的演化路径而与演化速度等细节无关,因此基于几何相设计的量子门具有对控制误差的鲁棒性.特别是,基于非绝热非阿贝尔几何相设计的非绝热和乐(holonomic)门具有完全的几何性质并且不受绝热条件的限制,受到了人们的广泛关注.自2012年首次提出以来,非绝热和乐量子计算取得了很大的进展:人们逐步改进了非绝热和乐量子计算的设计理论,使得非绝热和乐门的设计不断优化;发展了抗退相干的非绝热和乐量子计算,使得量子门既能抵抗控制误差又能抵抗退相干;构建了基于各种具体物理系统的非绝热和乐量子计算方案,并且在实验上成功演示了非绝热和乐门.本文回顾了非绝热和乐量子计算的主要理论进展,并简要介绍了物理实现和实验工作.     

磁性分子的量子相干操控

在量子信息科技的发展中,以电子自旋作为信息载体的分子基材料因其突出的可设计性和可扩展性而被寄予厚望.基于系综的量子信息材料研究在分子设计和量子操控策略方面已有较多积累.本文从分子基量子比特的构效关系和分子设计、分子基多能级量子位的研究现状和应用潜力、多功能磁性分子等角度介绍了近年来国内外分子基量子信息材料研究的概况,并总结了该领域已取得的成果和现状,展望了今后实现突破的潜在方向和技术路线要求.我们认为,分子基量子信息材料的发展需要走向单自旋表征和操控的新阶段,并整合自旋化学与量子信息科技,以构建新的研究范式.     

利用激光冷却原子

如果能将原子冷却到接近绝对零度,那么也就能将不与其他原子结合的自由原子封闭在有限空间.这将大大推进以往难以进行的一系列课题的研究,如种种量子效应、缓慢的化学反应以及长寿命的原子状态等.以美国国家标准局(NationalBureau of Standards,简称NBS)为中心的两个研究小组各自采用不同的方法成功地将钠原子冷却到前所未有的低温.所用的方法,基本     

主动光钟的研究进展

主动光钟是一种在腔反馈条件下以工作于原子跃迁谱线的光频受激辐射直接作为量子频率标准的新型原子光钟,有望将传统光钟稳定度提高2个量级,从而推动光钟的技术进步,应用更趋广泛.本文简述了光钟的发展历程及目前的关键技术瓶颈;介绍了主动光钟的基本原理;讨论了主动光钟的几种实验方案,包括坏腔二能级、三能级激光型主动光钟、四能级主动光钟和法拉第主动光钟等方案,详细分析了这些方案的实验原理和结果;除了介绍基于铯原子气室的法拉第原子滤光器实现主动光钟的实验研究结果,同时还简单描述了用魔术晶格囚禁冷锶原子实现基于689 nm超窄法拉第原子滤光器的主动光钟方案,以及工作于好腔条件下的法拉第光钟.最后,将这几种方案进行了综合分析与对比,展望了主动光钟进一步发展的前景和潜在应用.     

高维量子逻辑门及高维量子信息处理

量子计算与量子信息处理是涵盖了信息理论、计算机理论与量子力学的交叉学科,在信息、物理以及计算机等众多领域有着非常大的影响.量子特性在信息安全、信息容量以及计算速度的提高等方面都具有独特的优势.量子逻辑门是量子计算与量子信息处理中的一个关键模块,因此,如何构建一个合适的逻辑门也是现阶段热门的研究领域.此外,研究量子信息科学,纠缠光子对也是一个不可或缺的元素.目前有很多种产生纠缠光子对的理论和实验方案,例如参量下转换等方案.高维量子系统可以在很大程度上提高量子信道容量和信息存储空间,通过实现高维度量子逻辑门,能够提高量子计算与量子信息处理的速度.然而,直接由两个高维子系统相互作用构建高维逻辑门是很困难的.在这种情况下,即使要实现一个很小的高维逻辑电路,也会耗费大量二维逻辑门.本文主要介绍了利用纠缠光子对的偏振、频率和空间模式自由度实现的二维以及高维单自由度和多自由度的量子逻辑门方案,并探讨了这些方案在量子信息处理和量子计算等方面的应用以及发展趋势.     

利用超导传输线谐振腔可获得量子点团簇态等......

基于量子力学的特性, 量子信息有望以崭新的原理和方法, 开拓出后摩尔时代的新一代信息技术, 成为国际上竞争激烈的研究领域. 中国科技大学量子信息重点实验室郭光灿研究小组提出一种有效的方法, 利用超导传输线腔产生空间分离双量子点团簇态. 当双量子点分子的能级与超导传输线腔的全波频率都满足特定条件时, 在量子点门电极施加交变电场脉冲可一步完成团簇态的制备. 另外, 他们发现即使考虑双量子点分子系统的主要噪声源, 仍然可以一步制备高保真度的团簇态. 相关研究论文发表在2008年12月5日Physical Review Letters, 101: 230501上. ......     

固态单量子二能级系统的动态共振荧光

<正>共振荧光源自单个二能级系统与共振激光之间的相干相互作用,对量子光学的学科发展和现代光量子技术的应用开发起到了重要的作用. Mollow^[1]在1969年首先对原子的共振荧光现象作了描述, Kimble和Mandel^[2]在1976年给出了单原子共振荧光的全量子理论,开启了对单量子系统共振荧光相关物理效应的理论与实验研究,     

原子时尺度TA(CSAO)的建立

从1967年起,时间的基本单位——国际单位制系统秒是基于铯~(133)原子在零场中的特定能级跃迁定义的。秒定义从天文学到量子物理学的转移使时间计量工作发生了深刻变化。尽管世界时(UT)和历书时(ET)作为基础研究仍有着它们的特殊应用领域,但作为一种高度均匀的时间座标的原子时越来越获得广泛应用。我们根据目前国内原子钟研制情况,利用长期稳定     

捕捉“量子跃迁”

<正>一项新的实验捕获到一个处于跃迁中的量子系统——这曾被量子力学的先驱者认为是不可能的。请看菲利普·鲍尔(Philip Ball)为此带来的报道。当量子力学在一个世纪前作为理解原子尺度世界的理论被提出时,其中的一个关键概念曾是如此激进、大胆和违反直觉,以至于它变成了流行语言,那就是:量子跃迁。纯粹主义者可能会提出反对,因为人们普遍习惯把这个术语应用于一个大的变化,这忽略了两个量子态之间的跃迁通常很小的事实,这正是为什么它们没有被更早地注意到的原因。但真正的关键是它们是突然发生的,如此突然以     

利用微微秒光脉冲观察到大分子量子拍

过去在原子和小分子光谱中观察到过量子拍现象,而大分子因其结构复杂,量子拍现象往往被拓动运动所掩盖.观察大分子量子拍能够帮助我们获得分子吸收激光能量以及这部分能量在分子各能态间分布的信息.这些信息对于了解分子的光学性质及其他过程很有价值.     

哈佛造出最强量子系统超谷歌

<正>据悉,哈佛大学研究团队在近日宣布,他们制造出迄今最强量子系统,其拥有51个量子比特,该系统能模拟一种化学反应,研究原子间相互作用。与传统计算机运用二进制(0和1)记录信息不同,量子计算机使用量子叠加态描述信息。但现有量子计算机只能在传统计算机上进行模拟,目前最高只能模拟42个     

原子间的偶极相互作用对原子的动力学特性及场熵演化的影响

随着高新技术的发展,人们已能制造出与原子的辐射波长相近大小Q值很高的腔体,在如此小的腔体中,原子与腔场相互作用具有很多非常有趣的性质。J-C模型描写的是具有有效两能级的单原子与单模场的相互作用。如果两个原子同时进入单模场区域,并且两个原子间通过交换虚光子产生偶极-偶极相互作用,将导致很多新的非经典效应,如共振荧光谱、辐射谱、理想腔体中的双原子辐射谱和原子反转的崩塌与恢复,等等。     

光伏双色GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器

GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器是基于量子阱导带内子能带间或子能带到扩展态间的光电子跃迁对红外辐射的吸收特性而研制成的新型红外探测器.它具有响应速度快(皮秒量级)、量子效率高、波长和带宽可调、热稳定性好、抗辐射能力强等特点,有利于制成大面积焦平面列阵红外探测器.近年来为了充分利用GaAs/AlGaAs量子阱材料的特点和优势,研究和探索新结构新器件的工作一直不断,其中光伏和双色红外探测器具有重要价值.光伏型探测器与信号处理电路易于集成,结构简单,功耗小,工作温度也较高,因而有利于发展焦平面列阵技术;3～5μm和8～12μm两个波段是重要的大气传输窗口,能同时工作在此波段的双色器件在军事、民用上有着特殊应用前景.本文的工作就是试图在理论上提出一种集光伏双色于一体的量子阱红外探测器结构.1 器件设计理论最近,AT＆T Bell实验室Capasso小组证实,在量子阱层中,波函数的局域化也可以发生在大于势垒高度的连续态中.在主量子阱结构两旁的垒区中引入方势阱叠层,这些方势阱称作Bragg反射阱,由于Bragg方势阱宽度接近主量子阱连续态电子de Broglie波长的1/4,故反射相干作用可使主量子阱区的连续激发态密度集中于某些能量处,从而增加基态到这些准束缚态的跃迁振子强度,这对于实现器件光电吸收     

量子信息技术纵览

量子信息技术经过近三十年突飞猛进的发展,在理论和技术方面已经获得了举世瞩目的成就.本文主要对量子信息技术各个热点研究分支的发展进行了概括性的介绍,涉及到量子密码、量子通信、量子计算、量子模拟、量子度量学、量子信息物理基础等各个领域.此外,也讨论了原子、分子和光物理、固体物理的各个分支(超导约瑟夫森结系统、半导体量子点自旋系统、金刚石氮-空穴色心系统)、离子阱、核磁共振系统等各种物理体系在量子信息技术中的应用和发展.通过对量子信息技术的研究和积累,人们调控微观世界的能力获得了显著的提高.量子密码技术已经接近实用化,长程量子通信的原理性验证也不存在原则上的障碍.量子模拟技术快速发展,已经接近经典计算机可以模拟的极限.同时,量子度量学也获得了快速的发展.本综述不仅反映了国际量子信息技术发展的状况,而且也提炼了近年来中国量子信息科学技术在国际上取得的成就.这些成就表明,中国已经成为量子信息世界版图中一股不可或缺的力量.     

CCI_4 Ba(~1S),Ba(~3D)分子束反应的激光诱导荧光与化学发光研究

用分子束实验装置,对CCl_4 Ba(~1S)(或Ba(~3D))反应进行了激光诱导荧光与化学发光的研究。在Ba(~1S) CCl_4→BaCl CCl_3反应中,测得了BaCl(C~2Π—X~2∑~ )跃迁△V=—1带系的激光激发谱,求出了BaCl基态的振动态分布,发现振动布居非常窄,并强烈反转,最大布居的振动能级约为v″=44。用在Ba原子束中放电的方法,激发部分Ba原子至亚稳态~3D态(大约占总束强的10％),并在收集光路上加干涉滤光片消除背景光干扰,测得了包含有Ba(~3D)原子反应的激光激发谱,发现激光诱