电子自旋态的量子非破坏性测量

摘要

量子测量作为获取微观世界信息的角色功能是不可或缺的。有一类测量，在测量过程中不会干扰量子系统的状态，而能连续对某些可观测测量进行读出，这类测量称为量子非破坏性测量(Quantum Nondemolition Measurement)。利用量子非破坏测量的手段，可以对量子系统的某些物理量，进行高精度的读出，从而超越测量的标准量子极限(Standard Quantum Limit)。量子非破坏性测量，在量子信息领域占有重要的地位，在基于测量的量子态制备、量子纠错、基于测量的量子计算(One-Way Quantum Computation)中都是不可或缺的。
　　 本文采用一个超导磁通量子比特与电子自旋耦合在一起，通过精心设计它们之间相互作用的哈密顿量(Hamiltonian)，使得测量满足量子非破坏性的要求，从而实现对电子自旋的量子非破坏性测量。由于单电子自旋与超导磁通量子比特的耦合较弱，很难实现对它的正交投影测量，因此我们引入超冷电子自旋系综，利用电子自旋的集体耦合效应，从而增强了电子自旋与超导磁通量子比特间的耦合强度，在电子自旋与超导磁通量子比特间，实现了CNOT 门操作。通过它们间的CNOT 门操作，从而实现了对电子自旋带有投影测量功能的量子非破坏性测量。电子自旋与超导磁通量子比特间建立起来的混合量子耦合网络(HybridQuantum Network)具有诸多优势，如电子自旋长的退相干时间、超导磁通量子比特的强耦合等。利用它们的这些优良性质，规避电子自旋耦合较弱、超导磁通量子比特退相干时间短的缺点，有可能建造功能更加强大的混合型量子信息处理装置。本文给出了两个应用，量子信息存储-读写装置和宏观超冷电子自旋系综间的纠缠。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1 章绪论

第2 章量子信息基础

第3 章量子非破坏性测量

第4 章电子自旋量子比特与超导磁通量子比特

第5 章电子自旋态的量子非破坏性测量

第6 章总结与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果