29、量子逻辑中条件相移的测量

量子逻辑中条件相移的测量

1. 量子计算研究背景

量子计算理论可追溯到费曼和多伊奇的开创性工作，至今已有十多年历史。近年来，肖尔的量子因式分解算法引发了该领域的新热潮。目前，虽然多数研究集中在理论层面，但也有不少实验室研究策略被提出。不过，搭建量子计算网络对实验系统要求极高，需要量子信息载体（量子比特）在低耗散环境中实现强耦合，这导致实验进展落后于量子信息理论的显著发展。

2. 实验意义与目标

本实验以单个光子作为量子比特，朝着实现量子逻辑迈出了重要一步，对量子非破坏测量和量子密码学等相关实验挑战也具有重要意义。具体而言，此次实验展示了光学谐振腔中两个不同频率场在单光子水平上的条件动力学。

3. 实验原理与装置

• 原理基础 ：实验利用与谐振腔强耦合的原子的圆双折射特性，通过克尔型非线性效应，使圆偏振态 $\sigma^{\pm}$ 之间的相移取决于泵浦光束的强度。从实验数据中提取出每个腔内光子的条件相移 $\Delta \approx 16^{\circ}$。
• 实验装置 ：
  • 原子 - 腔系统的关键参数包括：原子与腔的偶极耦合速率 $g$、腔场阻尼速率 $\kappa$ 以及原子向非腔模的横向衰减速率 $\gamma$。实验在 $\kappa > g^2 / \kappa > \gamma$ 的“坏腔”区域进行，在此区域原子与腔模的相干耦合占主导，可实现单原子与腔模的强耦合，从而有效实现电磁场从输入到输出通道的高效传输。
  • 实验使用铯原子与腔场耦合，特定光