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非直接耦合自旋之间量子信息传递的核磁共振实验实现(英文)

杨晓冬;缪希茄

  纠缠在量子信息和量子计算领域中起着巨大的作用,绝大多数量子信息过程,如量子隐形传态,量子超密编码,以及量子密码术,都要以纠缠态作为初始态。众所周知,产生两量子位纠缠态的电路包含一个 Hadamard 门和一个受控非门,Hadamard 门对应的是单量子操作,而受控非门则必须用到粒子之间的相互作用。Knill 等人研究表明,任何多量子位的幺正变换都可以表示成为几个单量子门和受控非门的组合,因此,受控非门的实验实现是量子计算的决定因素。但是在一个多量子位体系中,当粒子之间的距离逐渐增加,它们之间的相互作用也随之减小,直至完全消失。以致不能在远距离的粒子之间直接实现受控非门,因而也无法在它们之间直接产生纠缠。利用液态核磁共振技术实现量子计算已经取得了显著的进展,其中单量子门是通过沿一定的方向施加射频脉冲实现的,受控非门则由单量子门和自旋之间的偶极-偶极相互作用(J-耦合)构成。同样,当 J-耦合足够小时,即对应的演化时间太长,往往会超过核自旋的弛豫时间,此时这种 J-耦合是完全没有意义的。本文首先分析了一种方法用于实现无直接耦合自旋之间的量子纠缠,然后利用自旋交换操作和量子超密编码,提出了一种实现无直接耦合自旋之间信息传递的方案,并且在 Bruker ARX-500MHz 核磁共振谱仪上予以实现。最后我们通过重构实验结果的密度矩阵,得出了一些有意义的结论。……