耗散系统中高保真量子态调控方法的理论研究

The quantum state engineering (QSE) is one of the most important subjects in the field of quantum information processing, where the key problem is how to effectively suppress the decoherence effects and hence realize the stable and reliable QSE. In the project, we synthesize the merits of some important QSE technologies in the dissipative quantum system and focus on the following parts: .1)Incorporating the counterdiabatic driving and the reverse engineering technique, we plan to construct the shortcut to adiabatic passage of an arbitrary single-particle system. On this basis, a scheme to realize the population transfer for the multiparticle system will be proposed; .2)We plan to implement high-fidelity QSE in the quantum system beyond the cavity quantum electrodynamics system with some different dissipative resources, which may break through the limitation of the application of traditional dissipative dynamics. Furthermore, we will investigate the features of the dynamics of quantum system which suffers different types of dissipative resources and try to realize high-fidelity QSE by applying appropriate coherent control; .3)Based on the the time-dependent decoherence-free subspaces theory, we plan to protect quantum state by applying coherent control without the rotating-wave approximation in the open system. .Such research not only can provide visualized presentation for the physical mechanism and connotation of the methods of suppressing coherent effects, but also can explore new way for implementting high-fidelity QSE in the dissipative quantum system and give theoretical guidance for the realization of large-scale quantum computation.

量子态调控是量子信息处理领域最重要的研究课题之一，其中关键问题是如何有效地克服系统的消相干实现稳定可靠的量子态调控任务。本项目拟结合目前一些重要的量子态调控方法，在耗散系统中开展如下研究工作：1)结合反绝热驱动和反向设计技术提出任意单粒子多维量子态绝热加速方法，并提出可实现多粒子系统快速布居数转移的理论方案。2)突破传统耗散动力学方案的应用局限性，在腔QED以外的量子系统利用耗散资源实现量子态调控。研究同时遭受不同类型耗散资源的量子系统的动力学演化，利用相干控制场实现高保真的量子态调控。3)基于含时无消相干子空间理论，研究在开放系统中利用非旋波近似下的相干控制场构建含时无消相干子空间进而保护量子态。 通过本项目的研究，不但可以直观地展示可抑制消相干效应方法的物理机制及内涵；还将为耗散系统中的高保真量子态调控提供新的思路和途径，对大规模的量子计算的实现具有理论指导意义。

量子态调控是量子信息处理领域中最重要的研究课题之一，本项目结合目前一些重要的量子态调控方法和技术，在耗散系统中开展了如下研究工作：1)研究了同时遭受含时噪声与不含时噪声高维量子系统的动力学演化；此外，结合反绝热驱动和含时无消相干子空间理论, 提出了一种在高维量子系统中构建绝热捷径的方法，并提出了可实现高维量子系统快速布居数转移的理论方案。2)研究了非厄米量子系统的动力学演化特性，提出了在PT对称系统中实现高保真量子态调控的方案。3)突破传统耗散动力学方案的应用局限性，在耗散的腔量子点动力学系统、氮空位色心系综，线性光学系统等开放量子系统中提出了利用耗散资源实现高保真量子态调控的理论方案。4)给出了量子态调控技术在量子度量及光子阻塞等方面的应用。本项目的研究不但直观地展示了可抑制消相干效应方法的物理机制及内涵，也为耗散系统中的高保真量子态调控提供新的思路和途径，对大规模的量子计算的实现具有理论指导意义。