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基于腔QED的纠缠态制备和量子信息处理的任务书
一、研究背景
在当代量子技术领域，量子信息处理是一个热门话题。通过制备和操作纠缠态，实现大规模量子计算和量子通信就成为了研究重点。而腔量子电动力学（cavityQED）是一个有效的量子信息处理平台，它利用光子和原子之间的相互作用来实现量子门操作和纠缠态制备。腔QED已被广泛应用于量子信息处理、量子通信、量子模拟等领域，其重要性与前景备受关注。
二、研究内容
1.研究目标
本研究的目标是通过腔QED技术制备高质量的纠缠态并进行量子信息处理。
2.研究方法
-利用腔QED技术对两个原子的自旋进行耦合，进而实现原子的纠缠。
-利用强耦合腔中两个超导量子比特间的相互作用，实现量子门操作和制备纠缠态。
-利用光子在腔内的储存、控制和传输，实现量子信息的传递和处理。
3.研究内容
（1）纠缠态制备
通过利用腔中两个原子的相互作用，实现原子之间的纠缠。该方法的优点在于，纠缠过程中不需要任何光学元件，无需调整和校准，非常便捷。为了实现背景磁场下的原子间的纠缠，我们需要通过多个pulselengths的时间来控制耦合场。最终可以实现精度和质量高的原子纠缠。
（2）量子门操作
利用反射形式的原子与腔场中的物理相互作用，可以实现量子门操作。与其它形式的量子门相比，反射门的实现过程更加高效、精确，并且线路简单可靠。在该实验中，利用TMST门将两个量子谐振腔进行耦合，在此基础上实现了一些不同的量子门操作。
（3）量子信息的传递和处理
利用光子在腔内的储存、控制和传输，可以实现量子信息的传递和处理。在该实验中，我们采用了光子储存的方案，通过将信号光子储存在腔中，再读出来达到量子信息的传输和处理。
三、意义和贡献
本研究的成果将有助于：
-为实现高复杂度量子信息处理提供新的平台和方案；
-推动量子通信和安全传输的研究；
-深入了解纠缠态的物理本质和行为，拓展人类对于量子纠缠现象的认知和掌握。
四、研究进度
第一年：
-学习腔QED领域的基本理论和方法；
-设计并改进原子间的耦合场；
-实现反射形式的原子与腔场中的物理相互作用，通过TMS门实现量子门操作。
第二年：
-利用反射形式的原子与腔场中的物理相互作用，设计量子纠缠实验；
-制备和控制量子纠缠态。
第三年：
-结合光子在腔内的储存、控制和传输，实现量子信息传递和处理；
-完成量子信息处理实验，收集、处理数据。
五、研究预期结果
-利用腔QED技术制备高质量的纠缠态；
-实现量子门操作；
-探究纠缠态的物理本质和行为；
-实现量子信息传递和处理。
六、参考文献
1.钱传华.自旋系综与多原子腔QED体系研究[D].北京:中国科学院研究生院,2008.
2.ImmanuelBloch,JeanDalibard,SylvainNascimbène.Quantumsimulationswithultracoldquantumgases[J].NaturePhysics,2012,8.
3.DoronRosenblum,OferFirstenberg,MikaelRechtsman.CavityQEDwithhybridphotonic-plasmoniccrystals[J].NatureCommunications,2018,9.