Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бауместер Д. -> "Физика квантовой информации" -> 64

Физика квантовой информации - Бауместер Д.

Бауместер Д., Экерт А., Цайлингер А. Физика квантовой информации — М.: Постмаркет, 2002. — 376 c.
ISBN 5-94057-017-8
Скачать (прямая ссылка): fizikakvantovoyinformacii2002.pdf
Предыдущая << 1 .. 58 59 60 61 62 63 < 64 > 65 66 67 68 69 70 .. 151 >> Следующая

Взаимная связь в движении различных ионов создается кулоновс-ким отталкиванием, которое сильнее всех остальных взаимодействий при типичных расстояниях между ионами в несколько оптических длин волн.
Одно из преимуществ систем захваченных ионов перед другими системами состоит в том, что многие необходимые методы управления квантовыми состояниями и их приготовления к настоящему моменту уже хорошо развиты в исследованиях по высокоточной спектроскопии и стандартам частоты. Например, переходы Раби и измерения электронных состояний ионов являются хорошо разработанными инструментами. Эти методы будут основными составляющими квантового вычисления. В то время как переходы Раби, то есть когерентные переходы между внутренними состояниями, осуществляются с помощью лазерного импульса фиксированной длительности (например, я^импульс полностью переводит атом с возбужденного состояния на основное и наоборот), измерения внутреннего состояния производятся с помощью так называемой техники квантового скачка. Рассмотрим ситуацию двойного резонанса, где один резонансный переход -очень сильный, а второй намного слабее. В этом случае, можно измерить состояние избранных уровней, реализующих кубиты. Это делается с помощью двух лазерных импульсов, настроенных в резонанс, соответственно, на каждый из двух переходов. Состояние кубита бу-
(Рис. 4.10).
/
Электрод
Лазер
Лазер
>
100 мк
Рис. 4.10. N ионов в линейной ловушке, взаимодействующих с лазерным полем. Движение ионов используется в качестве шины данных между кубитами.
168 Концепция квантовых вычислений
дет измерено по присутствию или отсутствию спонтанно испущенного фотона, соответствующего сильному (дипольно-разрешенному) переходу, см. Рис. 4.9. Оказалось, что эффективность этой схемы детектирования почти достигает единицы. С другой стороны, мы будем также использовать методы лазерного охлаждения, чтобы свести движение ионов к малым колебаниям около положения равновесия. Говоря вкратце, лазерное охлаждение основано на эффективном использовании давления излучения - импульса, которым обладает любой световой луч. Такой импульс, пренебрежимо малый на макроскопической шкале, может, тем не менее, действовать на атомы с силой достаточно большой для того, чтобы заметно уменьшить их скорости (эта сила может достигать 104g, где g - это ускорение свободного падения). Можно эффективно использовать такие силы с помощью эффекта Доплера: таким образом, ионы, двигающиеся в сторону, противоположную направлению распространения лазерного пучка, будут испытывать силу, способную существенно замедлить их движение.
Предположим, что ионы охлаждены лазером во всех трех измерениях, так что они могут совершать только малые колебания вокруг положения равновесия. В этом случае движение ионов описывается в терминах нормальных мод, что эквивалентно набору несвязанных осцилляторов, которые могут быть проквантованы обычным образом. Для этого для каждой моды должен быть достигнут так называемый предел Лэмба-Дике, который физически означает, что ион содержится в области, намного меньшей, чем длина волны используемого излучения.
Задача построения квантового компьютера будет эквивалентна вопросу о том, как создать одно- и двух-кубитные логические элементы. Создать одно-кубитные элементы будет просто, так как все, что для этого нужно - это применить переходы Раби между внутренними состояниями кубита. Как мы уже отмечали, эта техника для захваченных ионов хорошо известна. Основная трудность состоит в том, чтобы квантовомеханически связать два кубита - то есть, чтобы создать их когерентную суперпозицию. Чтобы это сделать, мы рассмотрим внешние степени свободы, связанные с движением всей цепочки ионов. В частности, мы используем самую низкую квантованную моду
- движение центра масс (ЦМ), описывающую движение всех ионов так, как если бы они представляли собой одну объединенную массу. Задача здесь состоит в том, чтобы перенести информацию с одного внутреннего кубита на «квантовый провод» - движение ЦМ. Как только это будет выполнено, будет также возможно перенести информацию с «квантового провода» на другой выбранный кубит, осуществив таким образом когерентное взаимодействие между двумя кубитами.
Квантовые ЛЭ и квантовое вычисление с захваченными ионами 169
4.3.3 N холодных ионов, взаимодействующих с лазерным светом.
Этот раздел будет содержать несколько более технический материал. Здесь будет более детально показано, как описать систему ионов и лазеров, а также ее способность выполнять квантовые вычисления. Рассмотрим взаимодействие данного иона / со стоячей лазерной волной (таким же образом можно описать и бегущую волну). Гамильтониан, которым описывается эта ситуация, в системе отсчета, вращающейся с лазерной частотой, записывается как Н = Н + Н. + Ны, где (Й = 1)
,
А=1
Tti
2 г ’
HI = ^sin(kLr + + сг ) . (4.39)
Здесь 5.= co'L- co'0 - это расстройка лазера (здесь со \ обозначает частоту лазера, а со '0 - частоту, связанную с переходом в кубите), vt-частоты различных нормальных мод, Q. - частота Раби1 (скорость когерентной эволюции, вызванной лазерным полем), kL - волновой вектор лазерной волны (как правило, лазерный луч подает под углом к оси ловушки. В этом случае kL будет равен kg= kL cos(0), см. Рис. 4.10), ф. -фаза, описывающая положение иона относительно стоячей волны, и г
Предыдущая << 1 .. 58 59 60 61 62 63 < 64 > 65 66 67 68 69 70 .. 151 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed