基于里德堡阻塞机制制备量子态的研究

论文摘要

里德堡态是指核外电子距离原子核较远（可远大于原子核的尺寸）,因此里德堡态具有很高的电离能,易于微波场,射频电场以及经典激光场发生相互作用,寿命较长。具有里德堡态的原子叫做里德堡原子。里德堡原子之间有偶极-偶极相互作用,即长程范德瓦尔斯力。由于低温里德堡气体具有良好的性质,所以为探索量子物理提供了很好的平台,当研究三个二能级里德堡原子以及两个三能级里德堡原子,我们假设在超低温里德堡原子气体中进行研究。随着量子信息技术的发展,我们越来越多地使用里德堡原子作为研究对象,这是因为里德堡原子阵列可以产生里德堡阻塞与反阻塞效应。本文建立了三个二能级里德堡原子阵列,含时正弦射频电场驱动基态跃迁到里德堡态,可以使里德堡原子阵列产生阻塞与反阻塞动力学效应。在含时驱动场的频率较小,长程相互作用力较弱时,利用该模型仍然可以产生里德堡阻塞效应,这为量子信息技术提供了有价值的理论依据。我们还研究三个原子的不同排列结构对里德堡阻塞与反阻塞的影响。二能级里德堡原子模型可以推广到三能级里德堡原子,我们首先研究的是（43）型里德堡原子,利用基态与里德堡态之间的含时正弦射频场,仍然可以产生阻塞与反阻塞动力学。当三能级里德堡原子的结构为级联型时,驱动场的频率远大于拉比频率（即大失谐条件）,可以实现基态与单激发态的布居数的完美振荡。我们还探究了原子的耗散对里德堡阻塞的影响。里德堡原子还可以实现量子的门操作,比如受控?相位（CZ）门,它是对量子态的相位反转。我们分别对系统不含失谐与存在失谐以及射频电场为常数与含时进行了讨论,在上面四种条件下,都分别实现了量子CZ门。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 课题背景及研究的目的和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 实现里德堡原子高保真度控制的实验装置
•     1.2.2 量子力学中的绘景
•     1.2.3 量子态的定向传输
•     1.2.4 两个二能级原子的驱动
•   1.3 主要研究内容
• 第2章 三个里德堡原子阵列的动力学演化
•   2.1 引言
•   2.2 三个呈等边三角形排列的里德堡原子的动力学演化
•     2.2.1 动力学演化模型
•     2.2.2 弱驱动条件下动力学演化
•     2.2.3 高频条件下动力学演化
•     2.2.4 快速通道条件下动力学演化
•   2.3 三个平行等间距排列的里德堡原子阵列的动力学演化
•     2.3.1 模型
•     2.3.2 弱驱动条件下动力学演化
•     2.3.3 高频条件下动力学演化
•     2.3.4 快速通道条件下动力学演化
•   2.4 本章小结
• 第3章 两个三能级里德堡原子的动力学演化
•   3.1 引言
•   3.2 两个三能级里德堡原子的模型
•     3.2.1 弱驱动条件的动力学演化
•     3.2.2 高频条件下动力学演化
•     3.2.3 快速通道极限条件的演化
•   3.3 两个级联型里德堡原子的模型
•   3.4 本章小结
• 第4章 利用里德堡原子实现量子门
•   4.1 引言
•   4.2 实现CZ门的两原子模型
•     4.2.1 基态与激发态共振
•     4.2.2 基态与激发态不共振
•   4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 汪东炳

导师: 宋杰

关键词: 里德堡原子,阻塞,反阻塞,量子门

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学,物理学

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: O413;O562

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.002854

总页数: 56

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