金刚石NV中心与坏腔耦合系统的单光子散射及量子信息处理

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11405052
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    23.0万
  • 负责人：
    彭朝晖
  • 依托单位：
    湖南科技大学
  • 学科分类：
    A2502.量子物理与量子信息
  • 结题年份：
    2017
  • 批准年份：
    2014
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Single-photon scattering based on optical microcavities is a complex physical process which is closely related to scattering system, environment and external control parameter, and has wide application prospect in quantum information processing. As high-quality optical microcavity is highly isolated from the external environment, the control of intracavity dynamics and photon scattering process faces great challenges. We want to investigate single-photon scattering based on coupling system composed of bad cavities and nitrogen-vacancy center (NV center) in diamond, analyze the influence of non-Markovian effect on dynamical evolution of system in the case of strong dephasing for NV center, find ways to suppress strong dephasing of NV center by means of external control field and quantum feedback, and finally control single-photon scattering process. Furthermore, we want to investigate universal quantum logic gates and quantum information processing tasks based on coupling system composed of bad cavities and NV center, analyze the influence of system and external control parameters on fidelity of quantum logic gates, search the optimal working regime of system, evolution route and external ancillary system, then construct compact quantum logic gates and realize efficient quantum information processing. The above contents to be investigated may provide elementary theoretical support for photon scattering and quantum information processing based on coupling system composed of bad cavities and NV center, and an alternative proposal for physical realization.
基于光学微腔的单光子散射是与散射系统、环境以及外部调控参量密切相关的复杂物理过程，并在量子信息中有广泛应用前景。由于高品质光学微腔与外界高度隔离，腔内量子态以及光子散射过程的调控都将面临极大挑战。本项目研究基于金刚石NV中心与坏腔耦合系统的单光子散射，分析NV中心存在强相位阻尼时非马尔科夫效应对系统动力学演化过程的影响，探索坏腔中外加控制场和量子反馈抑制NV中心的强相位阻尼，从而调控单光子散射过程；进一步研究基于金刚石NV中心与坏腔耦合系统的普适量子逻辑门以及量子信息处理方案，分析系统和外部控制参量对量子逻辑门保真度的影响，寻找最优的系统工作区域、演化路径以及外加辅助系统，从而构造紧致的量子逻辑门以及实现高效的量子信息处理。这两方面研究内容将为基于金刚石NV中心与坏腔耦合系统的光子散射及量子信息处理奠定初步的理论基础，为实验实现提供一种可能的新途径。

结项摘要

基于坏腔和固态量子比特的单光子散射是量子光学和量子信息领域的一个重要研究课题，本项目探索坏腔条件下抑制固态量子比特的自发辐射和退相位阻尼，从而调控该条件下单光子散射及实现高保真量子信处理，并初步获得一些有意义的结果。首先，我们研究结合受激拉曼绝热技术对单原子比特的任意操作以及基于坏腔的单光子散射，发现坏腔条件下只要临界原子及光子数远小于1，仍可实现杂化光子—固态量子比特控制非门、光子和固态量子比特的控制非门；其次，我们研究微腔中多光子共振条件下，原子比特的相干性、量子回声以及熵压缩性质，发现对腔外原子的幺正和测量操作可远程调控腔内原子的相干性质，并考虑微腔中原子运动时最优熵压缩态的制备和调控；另外，我们还研究光力杂化系统以及原子偶极—偶极相互作用对波导中单光子散射的影响，以及V型三能级原子与光力杂化系统中单光子散射性质调控，发现外加光力系统和原子偶极相互作用可抑制原子自发辐射，并可调控光子散射性质；最后，我们研究引入辅助微腔以及固态量子比特与微腔耦合系统来抑制固态量子比特的相位阻尼，发现不同耦合系统之间的干涉效应可调控单光子散射。我们的理论研究结果对于深入理解坏腔和固态量子比特系统的单光子散射性质，以及实现可扩展量子信息处理和量子计算有重要意义。

项目成果

期刊论文数量（7）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Control of Quantum Echo and Bell State Swapping of Two Atomic Qubits in the Two-Mode Vacuum Field Environment
双模真空场环境中两个原子量子位的量子回波和贝尔态交换控制
  • DOI：
    10.1007/s10773-016-3097-5
  • 发表时间：
    2016-07
  • 期刊：
    Int J Theor Phys
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Xiao-Juan Liu;An Luo;Zhao-Hui Peng;Bing-Ju Zhou;Ming-Wei Liu;Chun-Xia Jia;Chun-Lei Jiang
  • 通讯作者：
    Chun-Lei Jiang
Controllable single-photon transport in an optical waveguide coupled to an optomechanical cavity with a V-type three-level atom
与具有 V 型三能级原子的光机械腔耦合的光波导中的可控单光子传输
  • DOI：
    10.3788/col201816.012701
  • 发表时间：
    2018-07
  • 期刊：
    CHINESE OPTICS LETTERS
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    Yuqing Zhang 张玉青;Zhonghua Zhu 朱中华;Zhaohui Peng 彭朝晖;Chunlei Jiang 姜春蕾;Yifeng Chai 柴一峰;Lei Tan 谭磊
  • 通讯作者：
    Lei Tan 谭磊
操作腔外原子比特控制腔内多光子过程中原子比特熵压缩性质
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    湖南科技大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    罗岸;刘小娟
  • 通讯作者：
    刘小娟
Quantum controlled-not gate in the bad cavity regime
坏腔区中的量子控制非门
  • DOI：
    10.1007/s11128-015-1017-x
  • 发表时间：
    2015-08
  • 期刊：
    Quantum Information Processing
  • 影响因子：
    2.5
  • 作者：
    Kuang, Le-Man;Zou, Jian;Zhang, Yu-Qing;Liu, Xiao-Juan
  • 通讯作者：
    Liu, Xiao-Juan
逻辑门操控腔内多光子过程中原子最大相干性恢复
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    原子与分子物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    罗岸;刘小娟;彭朝晖;刘明伟;贾春霞;姜春蕾
  • 通讯作者：
    姜春蕾

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其他文献

水下水平阵对空中运动声源的线谱探测
  • DOI：
    10.15949/j.cnki.0371-0025.2019.04.017
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    声学学报(中文版)
  • 影响因子：
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  • 作者：
    刘凯悦;彭朝晖;张灵珊;王光旭
  • 通讯作者：
    王光旭
水下对空中声源的运动参数估计
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    应用声学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘凯悦;彭朝晖;张灵珊;王光旭
  • 通讯作者：
    王光旭
西太平洋远程声传播损失分析
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    声学技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    吴丽丽;彭朝晖
  • 通讯作者：
    彭朝晖
浅海涌浪对表面声道声传播的影响
  • DOI：
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  • 期刊：
    物理学报
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  • 作者：
    刘今;彭朝晖;张灵珊;刘若芸;李整林
  • 通讯作者：
    李整林
基于本体的关系数据库语义检索
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    计算机科学与探索，Vol.1(1) , pp.59-78, 2007.
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王珊;张俊;彭朝晖;战疆;杜小
  • 通讯作者：
    杜小

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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