بخشی از مقاله
چکیده
در نظریه اطلاعات کوانتومی، طراحی درگاههاي کوانتومی خاص به روشی قابل کنترل، الزامی است. در این مقاله، براي طراحی درگاههاي تک– کیوتریت و تک-کیوکوادریت از روش گذار بیدررو - ي - رامان تحریکی در اتمهاي پنج ترازي با الگوي جفت شدگی چهارپایه استفاده میشود. مشاهده میشود با طراحی خاص پالسهاي لیزري، میتوان اثر فازهاي دینامیکی را حذف کرد و با حفظ تاثیر فازهاي هندسی، درگاههاي ساده و در عین حال جامعی طراحی کرد. همچنین، نتایج محاسبات عددي مربوط به گذارهاي جمعیت ترازها برحسب زمان نمایش داده میشوند.
مقدمه
با افزایش علاقه نسبت به تحقیق در شاخه محاسبات کوانتومی ، طراحی درگاههاي1 موثر وبدون حساسیت زیاد به پارامترهاي فیزیکی سیستم، اهمیت روزافزون پیدا می کند.[1] درگاه کوانتومی، یک عملگر یکانی است که بر روي حالات یک مجموعه مشخصی از کیوبیتها عمل میکند - شکل.[2] - 1 سادهترین درگاهها ، درگاه-هاي تک-کیوبیتیاند، بطوریکه فقط یک کیوبیت ورودي وفقط یک کیوبیت خروجی دارند. این نوع درگاهها به شکل یک ماتریس از گروه U - 2 - اند ویا دقیقتر اگر فاکتور فازي مرتبط را کنار بگذاریم یک ماتریس تبدیل از گروه SU - 2 - اند.[3]
اخیرًا درگاههایی از گروه SU - 2 - گزارش شده است که در ایجاد آنها از فازهاي نسبی میدانهاي اعمالی بر سیستم استفاده شده است و بدلیل حذف شدن فازهاي دینامیکی براحتی قابل کنترل می باشند.[4] یکی از گامهاي اساسی در عملی نمودن رایانههاي کوانتومی ، تجزیه عملیات در آنها به عملگرهاي ساده اولیه ویا همان درگاهها می باشد.
اگر تعداد کیوبیتهایی که درگاه بطور همزمان بر آنها عمل میکند n باشد، درگاه یک ماتریس 2n 2n خواهد بود که بایستی متعلق به گروه U - 2n - و یکانی باشد.[1] درگاههاي کیوتریتی و کیوکوادریتی به ترتیب ماتریس هاي 3n 3n و4n 4n اي هستند که در آنها، n ، تعداد کیوتریت یا کیوکوادریتهایی است که این درگاهها بطور همزمان بر آنها عمل میکنند.
در سالهاي اخیر استفاده از کیوتریتها بیشتر به عنوان واحد هاي اطلاعات کوانتومی بجاي کیوبیتها گزارش شده است 5]و.[6 در بحث کیوتریتها وکیوکوادریتها معمولا یک سیستم به ترتیب با سه وچهار حالت زمینه در نظر گرفته میشوند، در صورتیکه کیوبیتها شامل دو حالت زمینه هستند. در هر لحظه حالت سیستم به صورت بر همنهی از این سه - چهار - حالت پایه خواهد بود. از کیوتریتها براي نمایش اسپین سیستمهاي مولکولی [5] و همچنین براي ذخیرهسازي اطلاعات باارتباطاتظرفیت بالا و کوانتومی با امنیت بسیار بالا استفاده شده است .[7,6]
روش گذار بی دررو رامان تحریکی استیرپ،2 روشی است با کارآیی بالا که براي انتقال کامل و قابل کنترل جمعیت بین ترازها در سیستمهاي مختلف اتمی بکار برده میشود 8]و.[9 در این روش، چون انتقال جمعیت دربین دوحالتعمر زمینه با طول نسبتاً بالا، از طریق یک حالت برانگیخته وبدون انتقال جمعیت به تراز برانگیخته صورت میگیرد ، لذا اثرات ناهمدوسی ناشی از گسیل خودبخودي اتمی حذف میشود و این مزیت روش گذار بیدررو میباشد. در این کار براي ساخت درگاههاي تک-کیوتریت وتک-روشکیوکوادریت از استیرپ استفاده شده است.
ساختار هامیلتونی مؤثر سیستم
ما در این مقاله یک سیستم اتمی پنجترازيپایهبا چهار تراز ویک تراز تحریکی را در نظر میگیریم. با استفاده از روش استیرپ شرایط انتقال کنترل شده بیدررو جمعیت از یکی از ترازهاي زمینه به ترازهاي دیگر زمینه و از طریق تراز تحریکی را بررسی میکنیم. چهار حالت زمینه را به ترتیب با 1 ، 2 ، 3 ، 4 وحالت تحریکی را 5 و همچنین چهارپالس لیزري جفتکننده هریک از حالات پایه به حالت تحریکی را در نظر میگیریم.
