Физика квантовой информации - Бауместер Д.
ISBN 5-94057-017-8
Скачать (прямая ссылка):
0.5 г
Рис. 5.14. Поверхность и контур воспроизведенной функции Вигнера W(a) в приближении состояния с п = 1. Отрицательные значения W(a) вблизи нуля выявляют неклассическую природу такого состояния. (Воспроизведено из [219])
Эксперименты по КЭР: атомы в резонаторах и ионы в ловушках 205
Имея основное состояние движения и выполняя все необходимые операции, предопределенные видом гамильтониана (5.5), можно синтезировать почти любые состояния движения. Практически, группой из NIST уже были реализованы и проанализированы тепловые состояния, состояния с определенным числом частиц (фоковские), сжатые, типа шредингеровской кошки и другие суперпозиции «-частичных состояний единичных ионов [219-221].
Состояния с заданным числом частиц синтезируются из основных состояний с помощью воздействия последовательностью Я’-импульсов на синие и красные сателлиты. Такая последовательность заставляет ион двигаться по следующему пути: |g,0) -> \е, 1) -> \g,2) и так далее. Таким образом были получены состояния с числами вплоть до и = 16. Сигнал от них представляется простой синусоидой, частота которой возрастает по закону V« + 1 с некоторыми отклонениями, вызванными тем, что т] не равно нулю (т] = 0.202, см. рис. 1 в [220]). Более интересно, что вигнеровская функция принимает отрицательные значения для состояний с нечетными п. Экспериментально измеренная вигнеровская функция состояния с |и) = |1), показана на Рис. 5.14. Она отрицательна вблизи нуля, что находится в хорошем согласии с теорией.
5.2.11 Сжатые состояния и состояния типа шредингеровской кошки для ионов
Состояния сжатого вакуума могут быть приготовлены по аналогии со случаем оптического параметрического генератора, когда ион возбуждается электрическим полем на частоте 2 со, либо двумя рамановски-ми пучками с соответствующей расстройкой частот. В эксперименте уже получены состояния сжатого вакуума с отношением квадратурных компонент 40 (уровень подавления шума в сжатой квадратуре 16 дБ) [220]. К сожалению, в противоположность сжатому свету, до сих пор не находится чувствительного измерительного приложения, в котором можно было бы использовать состояния, обладающие столь впечатляющей степенью сжатия.
Состояния типа ШК, имеющие вид (5.4), но включающие движение иона вместо фотонного поля, были получены в Ве+ [221]. После лазерного охлаждения в состояние |g, п = 0), показанное на Рис. 5.15(a), состояние ШК синтезируется при подаче нескольких последовательных импульсов рамановских пучков света.
71/2-импульс раскладывает волновую функцию в суперпозицию состояний |g, 0) и \е, 0) с одинаковыми амплитудами, как показано на Рис. 5.15(b). Затем, поляризованные рамановские пучки, отстроенные друг относительно друга на со, возбуждают только движение в коге-
206 На подступах к квантовым вычислениям: эксперимент
рентном состоянии |<х), коррелированном с |е) - компонентой, как объяснялось в разд. 5.2.9 и показанное на Рис. 5.15(c). На Рис.5.15(d) изображено, как я-импульс поля затем меняет местами внутренние состояния суперпозиции. Рис. 5.15(e) иллюстрирует как второй импульс поляризованных рамановских пучков возбуждает другое когерентное состояние движения |ael(,t), коррелированное с новой \е) - компонентой. После этого шага состояние принимает вид
Рис. 5.15. приготовление состояний ШК на ионах, (а) начальное состояние |g, п = 0). (Ь) я/2-импульс готовит состояние |g, 0) и \е, 0). (с) Возбуждение когерентного состояния колебательного движения через оптическое взаимодействие между поляризованными рамановскими пучками и \е). (d) тт-импульс инвертирует внутреннее состояние населенностей, (е) в итоге возбуждается другое когерентное состояние для новой ^-компоненты и приводящее к состоянию ШК.
Относительная фаза ф определяется фазой колебания на разностной частоте рамановских пучков, лежащей в ВЧ диапазоне; она просто управляется с помощью фазовой синхронизации ВЧ источников. При рассмотрении декогерентных свойств такого состояния нужно иметь в виду, что они не описываются и не моделируются также хорошо, как при распаде резонаторной моды. С другой стороны, обилие возможных взаимодействий позволяет экспериментатору конструировать «термостат» по своему усмотрению. Такой искусственный термостат будет в основном определять декогерентность при условии такой связи, чтобы характерные времена индуцированных потерь оказывались гораздо меньше, чем времена релаксации, наблюдаемые без термостата.
5.2.12 Квантовая логика на единичном ионе 9Ве+ в ловушке
Охлажденные ионы в ловушке, взаимодействующие с лазерными полями, являются достойными кандидатами для экспериментальной реализации квантовых логических устройств, рассмотренных в разд.4.3.
(5.7)
(а) (Ъ) (с) (d) (е)
Эксперименты по КЭР: атомы в резонаторах и ионы в ловушках 207
Впервые это было отмечено Дираком и Цоллером [156]. Квантовая информация содержится в кубитах, построенных на внутренних уровнях ионов, в то время как нормальные моды внешнего движения, общие для всех ионов в ловушке, могут служить «регистром данных» для того, чтобы перемешать внутренние состояния (см. разд. 5.3.7). К настоящему времени несколько групп произвели охлаждение ионов в линейных ловушках до состояния, когда они образуют кристаллические цепочки (см. Рис.5.11). Было достигнуто охлаждение в основное состояние движения. Эта деятельность находится в постоянном развитии, для того, чтобы продемонстрировать охлаждение основного состояния цепочек, содержащих большее количество ионов.
