腔QED系统中基于Lyapunov控制的量子态操控
批准号:
12104068
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
冉杜
依托单位:
学科分类:
光量子物理和量子光学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
冉杜
中文摘要
基于腔量子电动力学(腔QED)系统设计有效的控制场来操控量子态演化不仅对探索量子力学基本问题具有重要意义,而且对量子信息处理也有实际的应用价值。本项目拟在腔QED系统中采用Lyapunov控制理论设计控制场,快速制备具有高保真度的量子态和快速执行量子逻辑门。首先考虑一个三能级原子囚禁在一个腔中的模型,研究该系统的动力学特性。然后通过Lyapunov控制理论提出有效的方法设计控制场加速系统演化以及实现布居数的完美转移。接着,进一步通过结合Lyapunov控制方法和脉冲逆向设计方法来操控腔中多个原子。基于此,然后研究多个腔多个原子构成的多体复杂系统中多粒子纠缠态快速制备以及快速执行多比特量子逻辑门等量子信息处理。本项目将详细讨论腔场耗散,原子自发辐射以及实验参数波动对系统演化的影响。因此该项目对深入研究场-物质相互作用的基础物理有重要促进作用。
英文摘要
Based on cavity quantum electrodynamic (QED) system, design effective control field to manipulate quantum state is not only important for exploration of fundamental issues of quantum mechanics, but also have practical applications in quantum information processing. In this project, we will employ Lyapunov theory to design control fields for fast generation of target quantum state and fast implementation of quantum logic gates in cavity QED systems. We first consider a three-level atom trapped in a cavity, and investigate the dynamics of such a cavity QED system. Then, based on Lyapunov control theory, we propose an effective method to design control field for speeding up the evolution of system and realizing perfect population transfer. We further combine the Lyapunov control method and pulse-reverse engineering to manipulate multiple atoms in a cavity. On this basis, we will study the generation of multiparticle entangled state, fast implementation of quantum logic gates and other quantum information processing, in a more complex systems which consist of multiple cavities and atoms. In this project, we will also consider the influences of the decay of cavity, spontaneous emission of atom and variation of system parameters. This project will play an important role in the study of the basic physics of field-matter interaction.
本项目旨在利用Lyapunov控制理论,通过设计控制场来操控量子系统的量子态演化,并探索其在腔量子电动力学(腔QED)系统中的应用。我们深入研究了量子相干性、量子纠缠态的制备以及量子态的精确操控等关键问题,取得了以下主要研究成果:. (1)我们提出将两个相互作用的量子比特与经过Lyapunov控制设计的耗散辅助系统结合,以加速稳态纠缠的制备。此外,我们还利用Lyapunov控制在V型等离子体子波导中成功制备了纠缠态,显著提高了量子系统的控制效率。通过设计控制场来加速系统演化,并有效减少量子系统中的消相干效应,从而实现高效的量子系统控制。与传统的绝热方法相比,Lyapunov控制能够在更短的时间内完成量子态转移,并对实验参数波动具有较强的鲁棒性。. (2)我们进一步将这一控制方法推广至复杂的量子系统,提出了利用Lyapunov控制加速耗散态制备的一般性理论。研究表明,Lyapunov控制可以与耗散效应结合,显著加速量子态的制备,并在腔QED系统中具有重要的应用前景。. (3)研究还发现,在Λ型三能级原子系统中,通过一系列周期性的高斯脉冲,可以实现选择性布居数转移,进一步拓展了量子控制的应用范围。. (4)基于Lyapunov控制在量子系统中的应用,我们提出了通过自由电子束与两能级量子系统相互作用,并进一步扩展了相关研究领域。. 本项目圆满完成了预期的研究目标。根据计划书要求,项目组在三年内完成了3至6篇学术论文的目标,实际完成了7篇已发表的SCI学术论文,另有3篇论文正在审稿中。此外,项目组还撰写了1部学术专著。本项目不仅验证了Lyapunov控制在不同量子系统中的应用,还扩展了该方法的理论框架,并将其与耗散动力学相结合,提出了一系列创新的量子态控制策略。这些研究成果为量子控制领域提供了坚实的理论支持。
腔 QED 系统中基于测量反馈控制方法的量子纠缠态制备
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:冉杜
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依托单位:
腔QED系统中自由电子与束缚电子相互作用的研究与应用
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2021
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负责人:冉杜
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依托单位:
国内基金
海外基金