АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Построение квантового компьютера в виде реального физического прибора является фундаментальной задачей физики XXI века. Квантовый компьютер использует для вычисления не обычные (классические) алгоритмы, а квантовомеханические эффекты, такие как квантовая перепутанность. Поэтому в настоящее время особое внимание в квантовой оптике уделяется изучению перепутанных состояний. Они являются фундаментом квантовой информатики. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Исследование динамики перепутывания двух идентичных двухуровневых атомов, взаимодействующих с модой теплового поля идеального резонатора при наличии расстройки частот атомов и поля и диполь-дипольного взаимодействия. В качестве физической реализации данной модели можно рассматривать сверхпроводящие кубиты или примесные спины, в частности для сверхпроводящих кубитов, параметры диполь-дипольного взаимодействия могут на порядки отличаться от константы кубит-полевого взаимодействия. НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В квалификационной работе получены и выносятся на защиту следующие р
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Построение квантового компьютера в виде реального физического прибора является фундаментальной задачей физики XXI века. Квантовый компьютер использует для вычисления не обычные (классические) алгоритмы, а квантовомеханические эффекты, такие как квантовая перепутанность. Поэтому в настоящее время особое внимание в квантовой оптике уделяется изучению перепутанных состояний. Они являются фундаментом квантовой информатики. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Исследование динамики перепутывания двух идентичных двухуровневых атомов, взаимодействующих с модой теплового поля идеального резонатора при наличии расстройки частот атомов и поля и диполь-дипольного взаимодействия. В качестве физической реализации данной модели можно рассматривать сверхпроводящие кубиты или примесные спины, в частности для сверхпроводящих кубитов, параметры диполь-дипольного взаимодействия могут на порядки отличаться от константы кубит-полевого взаимодействия. НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В квалификационной работе получены и выносятся на защиту следующие р
Цель работы: исследование влияния начальной атомной когерентности и диполь-дипольного взаимодействия на динамику перепутывания двух куби- тов, взаимодействующих с одномодовым тепловым полем микроволнового ре- зонатора без потерь. В ходе выполнения работы были получены следующие результаты: 1. Найдены операторы эволюции для двухатомной модели Тависса – Каммингса с диполь-дипольным взаимодействием, а также точное ре- шение квантового уравнения Лиувилля для матрицы плотности рас- сматриваемой модели в случае теплового поля резонатора и когерент- ных начальных состояний кубитов. 2. Вычислена редуцированная матрица плотности для различных начальных состояний кубитов. 3. Был вычислен параметр отрицательности для рассматриваемой двух- кубитной системы и проведено численное моделирование временной зависимости отрицательности для различных параметров моделей и различных начальных состояний кубитов. 4. Показано, что начальная когерентность кубитов приводит к существенному увеличению степени перепутывания кубитов, индуц
Актуальность темы. На сегодняшний момент перепутанные состояния – это фундамент квантовой информатики. Стабилизация перепутывания позволит использовать систему в качестве логического элемента квантового компьютера. Сверхпроводящие кубиты являются наиболее ярким примером такой системы, потому их исследование является очень актуальным. Цель работы. Исследование динамики перепутывания двух идентичных двухуровневых атомов (кубитов) в рамках двухфотонной двойной модели Джейнса-Каммингса с учетом расстройки между частотой перехода в атомах и двойной частотой мод поля резонаторов, а также керровской нелинейности в них обоих и наличия теплового шума.
В настоящей работе исследована динамика системы двух двухуровневых естественных или искусственных атомов, один из которых находится в идеальном резонаторе и взаимодействует с модой одномодового теплового поля, а второй свободно перемещается вне резонатора. Для описания динамики системы нами найдены собственные значения и собственные функции гамильтониана модели. С их помощью получено точное выражение для матрицы плотности в случае чистого начального состояния атомов и теплового состояния поля. Найдена редуцированная атомная матрица плотности. Проведено транспонирование атомной матрицы плотности по переменным одного кубита. С ее помощью рассчитан параметр Переса-Хородецких. Проведено численное моделирование параметра атомного перепутывания для различных начальных чистых состояний атомов и среднего числа фотонов в тепловой моде. Найдено, что тепловое поле может индуцировать высокую степень перепутывания кубитов в рассматриваемой модели. При этом имеется возможность управления и контроля за степенью перепутывания за счет изменения интенсивности диполь-дипольного взаимодействия кубитов и температуры резонатора. Показано, что максимальная степень перепутывания кубитов достигается для состояния, в котором возбужден только один из атомов.
Сверхпроводниковые кубиты представляют собой перспективную платформу для масштабируемых квантовых вычислений. Одним из наиболее перспективных вариантов увеличения количества кубитов в рамках процессора является использование модульных систем, в которых части процессора расположены на различных, но взаимосвязанных кристаллах. Подобный тип масштабирования требует эффективную передачу квантовых состояний между отдельными модулями. В данной работе мы теоретически исследовали модульную систему, состоящую из одиночных кубитов-флаксониумов, расположенных на отдельных подложках и соединенных модой распределенного резонатора на базе копланарной линии передач. Мы исследовали спектральные особенности подобной системы, промоделировали протокол передачи микроволнового квантового состояния между кубитами и построили топологию данного процессора. Путем оптимизации таких параметров, как частота моды распределенного резонатора и сила связи кубит-резонатор, мы достигли точности передачи квантового состояния 99,8 % в модели. Наш подход позволяет использовать топологии сверхпроводниковых чипов без существенной модернизации параметров самих кубитов, упрощая пути его внедрения для масштабирования квантовых процессоров на основе флаксониумов.
КВАНТОВОЕ ЗАПУТЫВАНИЕ В СОСТАВНЫХ СИСТЕМАХРассматривается некоторый класс моделей мезоскопических квантовых явлений; эти модели возникают из сопоставления гамильтоновой динамики определенного типа и запутанных состояний составных систем.С помощью таких моделей можно получить точное описание феноменологии двумерного электронного газа, в особенности квантового эффекта Холла.Показано, как такие модели (если использовать их для отражения реальных физических принципов, а не только феноменологии) можно проверить в экспериментах типа квантовой телепортации.Так называемые мезоскопические модели предусматривают, что динамика взаимодействующего с внешним полем двумерного газа описывается функционалом типа Tr[Hρ] + β Tr f (ρ), где ρ -оператор плотности, а Hодночастичный гамильтониан.На основе предлагаемого подхода показано, что с помощью подходящего эксперимента по квантовой телепортации можно получить информацию об аналитической функции f .Это приводит к взгляду на составную систему электронный газ-внешнее поле как на естественный квантовый компьютер.
Работа посвящена методике изучения явления квантовой запутанности в курсе квантовой механики для студентов специальности "физика". Показано, что студентам университетов важно знать о квантовой запутанности, являющейся ключевой частью квантовой механики, поскольку она необходима для понимания различных трактовок квантовой механики и будущих технологий, связанных с этой областью. Эксперименты, проведенные на интерферометре Маха-Цендера, являются одним из множества экспериментов, которые убедили физиков в том, что квантовая механика не может быть описана с точки зрения классической механики. В случае изучаемого явления фотон не следует по одной определенной траектории, а должен описываться в терминах квантовой суперпозиции множества траекторий. Предлагается изучение феномена квантовой запутанности после освоения таких тем, как постулаты квантовой механики, уравнение Шредингера, принцип суперпозиции, проблема измерения, а также после решения известных традиционных задач, касающихся квазиклассического случая. Эти темы создают необходимый фон и мотивацию для понимания концепции запутанности и её последствий для квантовых систем. В качестве экспериментальной техники предлагается демонстрация работы самого простого интерферометра Маха-Цендера, изготовленного фирмой LD Didactic GmbH. Для компьютерной демонстрации изучаемого явления используется система компьютерной алгебры Mathematica и продукты фирмы Wolfram. В результате этого становится возможным наглядно показать, что квантовые частицы могут находиться в состоянии суперпозиции, и, таким образом, используемый интерферометр является мощным инструментом для выявления фундаментальной природы квантовой механики.