基于Rydberg阻滯機制實現控制Hadamard門

魏海紅

該文講述了基于原子系綜系統來實現控制Hadamard門，為今后制備多量子比特糾纏態提供新的思考的方向。

Rydberg阻滯機制；原子系綜；控制Hadamard門；量子糾纏態

量子糾纏不僅是量子信息處理和量子計算的重要資源，也是量子力學對局域隱變量理論違背的驗證，并且在量子密鑰、量子密集編碼和量子隱形傳態中有著廣泛的應用[1-5]。兩比特糾纏態的研究已經趨于成熟，近年來，多比特糾纏態方案引起很多關注，如利用腔QED、原子系綜等系統制備多比特糾纏態的理論方案被大量提出[6-10]。由于基于原子系綜和其它線性光學器件的方案所獨有的優勢，被廣泛重視，其優勢主要體現在：首先，依靠原子系綜的發難對于現實的噪聲和不完美性具有內在的容錯機能；其次，原子系綜的激光操作不需要獨立尋址，顯然比單粒子的相干控制容易；最后，具有適合能級的原子系綜由于干涉作用對于一定的光模具有加強作用，這對于大量的原子系統方案都是很重要的。本文在此基礎上，利用原子系綜系統基于Rydberg阻滯機制實現控制Hadamard（C-H）門的過程。

下面是實現C-H門的過程，如圖1-1所示。

圖1-1C-H門的實現方案

一個與能級|和能級|共振耦合的脈沖作用到控制原子系綜1上：如果該原子系綜初始處于|,1態，則會產生一個|,1→|,1的躍遷，因此控制原子系綜1中將會有一個原子處于Rydberg態|上，根據Rydberg阻滯機制，目標原子系綜2的Rydberg態將會有一定量的能移，所以該系綜中的原子到Rydberg態的激發將被阻止；如果控制原子系綜1初始處于|,0態上，則不會有原子被激發到Rydberg態|上，所以就不會引起目標原子系綜2中的Rydberg態的能移，該系綜中的原子到Rydberg態的激發將正常進行。

一個與能級|和能級|共振耦合的脈沖作用到目標原子系綜2上，如果控制原子系綜1的Rydberg態|上沒有原子，目標原子系綜2初始處于|,1態，那么在這脈沖的作用下目標原子系綜2將會產生|,1→|,1的躍遷。

一個與能級|和能級|a共振耦合的脈沖作用到目標原子系綜2上，如果控制原子系綜1的Rydber態|上沒有原子，目標原子系綜2處于|,1態，那么在這個脈沖的作用下目標原子系綜2將會產生|,1→(|a|)的反轉，若目標原子系綜2處于|a，則在這個脈沖的作用下產生|a→(|a|)的反轉。

一個與能級|和能級|共振耦合的脈沖作用到目標原子系綜2上，來實現|,1→|,1的反轉。

一個與能級|和能級|共振耦合的脈沖，作用到控制原子系綜1上，實現|,1→|,1的反轉。

經過上述五個脈沖的作用，兩個原子系綜的態依次經歷下列變化：

|,1|,1→|,1|,1

|,1|,0→|,1|,0

|,0|,1→(|,0|,0+|,0|,1)

|,0|,0→(|,0|,0|,0|,1)

所以，我們就可以得到

|00→|00

|01→|01

|10→(|11+|10)

|11→(|11|10)

這樣，我們就實現了C-H門的操作。

本文在原子系宗系統中基于Rydberg阻滯機制實現C-H門，另外還可以根據Rydberg阻滯機制在原子系綜系統中實現其他控制門，如文獻[7]中實現了控制非門。這些控制門的實現為量子糾纏態的制備提供了新的方法。

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