量子逻辑门与量子退相干PDF电子书下载

第1章 量子信息基础 1

1.1量子计算基础 1

1.1.1量子计算的量子力学原理 2

1.1.2量子位 3

1.1.3量子态的叠加 4

1.1.4量子逻辑门 6

1.1.5量子计算中的退相干 10

1.1.6量子纠错及防错 13

1.2态的相干与非相干 14

1.2.1经典理论中态的相干性 14

1.2.2量子理论中态的相干性 15

1.2.3相干性的密度矩阵描述 15

1.2.4量子测量中的相干性问题 16

1.3激光与分子相互作用制备量子态 16

1.4激光的偏振与量子信息中的量子态 22

1.4.1激光的各种偏振态及矩阵表示法 22

1.4.2光子的偏振态可作为量子信息中的量子态 23

1.4.3偏振器的量子逻辑功能 24

1.5量子信息中的纯态和混合态 25

1.5.1量子纯态和混合态 25

1.5.2纯态和混合态密度算符的区别 26

1.5.3量子纠缠态与量子纯态和混合态 27

1.5.4纯态演化为混合态导致退相干 28

1.6量子态的矩阵表示 29

1.6.1波函数的物理解释 29

1.6.2量子纯态和量子混合态的矩阵表示 30

1.6.3量子纠缠态的矩阵表示 33

1.6.4相干叠加态的矩阵表示及其退化 34

1.7量子相干与量子退相干 38

1.7.1经典相干 38

1.7.2量子相干 39

1.7.3经典相干和量子相干的比较 40

1.7.4量子退相干 41

1.8量子纯态与混合态中力学量的测量 44

1.8.1量子纯态中力学量的测量 46

1.8.2量子混合态中力学量的测量 47

主要参考文献 49

第2章 量子逻辑门 51

2.1用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门的功能 51

2.1.1用基本的量子逻辑门实现多位量子逻辑门的功能 51

2.1.2两位量子门实现多位量子门方案与Barenco方案的比较 53

2.2构造Fredkin量子门的一种简易方法 54

2.2.1六个基本的两位量子门完成Fredkin门的功能 55

2.2.2“条件翻转方案”的特点 56

2.3激光对分子振动态的控制与量子Fredkin逻辑门 56

2.3.1分子的局域模振动态 56

2.3.2激光对分子振动态的控制实现量子Fredkin逻辑门功能 58

2.4光学偏振器的量子逻辑功能 59

2.4.1泡利矩阵变换对应偏振器的操作 60

2.4.2利用偏振器实现量子非门和量子异或门的操作 60

2.4.3偏振器在构造量子Toffoli门和量子Fredkin门中的作用 62

2.5量子逻辑门的算符及矩阵表示 63

2.5.1量子逻辑门的哈密顿算符及对应的幺正变换矩阵 64

2.5.2量子逻辑门的输入输出态与量子力学系统波函数 70

2.6量子逻辑门中的编码量子位研究 72

2.6.1量子字节被控编码方法 73

2.6.2字节被控编码方法特点 76

2.7激光选态激发的量子逻辑功能 76

2.7.1激光选态激发理论模型 77

2.7.2激光选态激发实现量子XOR门和Fredkin门的功能 79

2.7.3利用激光选态构造四位量子防错码 81

2.8辐射场与二能级原子相互作用的量子逻辑功能 82

2.8.1辐射场与二能级原子相互作用的半经典理论分析 83

2.8.2辐射场与二能级原子相互作用的量子理论分析 85

2.8.3利用辐射场与二能级原子相互作用实现量子逻辑功能 86

主要参考文献 87

第3章 量子退相干及其消除 90

3.1辐射场中二能级原子的退相干特性 90

3.1.1大失谐相互作用时二能级原子退相干的消除 90

3.1.2二能级原子与热库以任意强度耦合时原子的退相干特性 93

3.1.3压缩真空场中二能级原子的退相干 96

3.1.4运动的二能级原子相干性的保持 99

3.1.5超J-C模型中的原子置于热辐射场时相干性的保持 102

3.1.6噪声场中二能级原子相干性的保持 106

3.1.7囚禁粒子在热库型驻波场中的量子相干特性 110

3.1.8消除热库中二能级原子的退相干 114

3.1.9简并双光子过程中二能级原子退相干的消除 130

3.1.10简并多光子过程中二能级原子退相干的消除 133

3.2非旋波近似中二能级原子相干性的保持 137

3.2.1单光子相互作用过程原子相干性的保持 138

3.2.2简并双光子作用过程原子相干性的保持 141

3.3类Kerr介质中二能级原子与驱动场作用时的相干性 146

3.4自发发射与量子计算机存储单元的退相干 150

3.4.1理论模型 150

3.4.2自发发射导致存储单元退相干 152

3.4.3两个二能级原子的自发发射导致退相干 153

3.5量子计算机存储器中的退相干 155

3.5.1量子计算机中的测量及纠缠 156

3.5.2编码方法 156

3.5.3量子位的幺正变换 158

3.6 V型三能级原子与热辐射场Raman相互作用时原子的相干特性 159

3.7热辐射场中两个二能级原子退相干的消除 161

3.8存在偶极间相互作用的两个二能级原子的相干特性 165

3.9两个二能级原子与热辐射场Raman相互作用时原子的退相干动力学 169

主要参考文献 171

第4章 运用Kraus算子分析量子态的退相干特性 176

4.1二能级原子同时存在衰变和跃迁时的退相干特性 176

4.1.1 Kraus算子 176

4.1.2二能级原子同时存在跃迁和自发衰变引起的退相干 178

4.2三能级原子自发辐射的相干特性 181

4.2.1三能级原子自发辐射的密度矩阵元 181

4.2.2自发辐射引起的退相干 185

4.3热辐射环境中三能级原子的相干特性 187

4.3.1三能级原子同时存在辐射和吸收时密度矩阵元 187

4.3.2三能级原子量子态的相干特性 190

4.4三能级原子中相对位相阻尼引起的退相干 192

4.4.1三能级原子和环境相互作用时复合系统的幺正演化 192

4.4.2相对位相阻尼引起的退相干 193

4.5四能级原子自发辐射的量子相干特性 194

4.5.1四能级原子自发辐射的密度矩阵元 194

4.5.2四能级原子自发辐射导致退相干 199

4.6辐射和单步吸收同时存在时四能级原子相干特性 200

4.6.1四能级原子的密度矩阵元 200

4.6.2四能级原子的相干特性 206

4.7红宝石激光器中离子密度矩阵元的演化 207

4.7.1红宝石激光器三能级体系的密度矩阵元 207

4.7.2三能级激光系统粒子数变化规律 210

4.8固体激光器的四能级系统密度矩阵元的演化 211

4.8.1固体激光器四能级粒子系统密度矩阵元 212

4.8.2四能级激光系统粒子数变化规律 215

主要参考文献 217

第5章 量子态保真度 219

5.1半经典理论中二能级原子的量子态保真度 219

5.1.1辐射场与二能级系统相互作用的半经典理论分析 219

5.1.2二能级原子的量子态保真度 222

5.2辐射场中二能级原子的量子态保真度 224

5.2.1二能级原子与磁场相互作用的半经典理论及原子量子态保真度 224

5.2.2辐射场与二能级原子相互作用的量子理论及原子量子态保真度 228

5.3强热辐射环境中二能级原子的量子态保真度 232

5.3.1强热辐射环境中二能级原子的约化密度矩阵 233

5.3.2强热辐射环境中二能级原子量子态保真度 237

5.4热辐射中存在偶极相互作用时原子量子态保真度 238

5.4.1存在偶极相互作用时二能级原子的约化密度矩阵 239

5.4.2存在偶极相互作用时二能级原子量子态保真度 242

5.5二能级原子与热辐射场Raman相互作用时原子的量子态保真度 243

5.5.1存在Raman相互作用时二能级原子的约化密度矩阵 244

5.5.2存在Raman相互作用时二能级原子的量子态保真度 246

主要参考文献 248