《面向量子計算的囚禁離子反饋冷卻研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由吳偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向量子計算的囚禁離子反饋冷卻研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳偉
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
離子的冷卻是進行囚禁離子量子計算必不可少的關鍵技術，研究並掌握高效的離子冷卻技術對於量子計算的物理實現具有重要的理論和現實意義。量子反饋控制的基本思想是利用經典反饋控制理論實現對量子系統的實時調控，通過對量子體系的實時監測和控制使其始終保持在期望的狀態上。目前，囚禁離子的反饋冷卻研究已有了一些理論和實驗成果，但是仍然存在反饋作用機制比較單一，以及單純反饋冷卻無法將離子冷卻到運動基態等一些基本問題。本項目的目標是面向囚禁離子量子計算物理實現的實驗需求，選擇將反饋機制與現有亞Doppler冷卻方案緊密結合的研究方式，針對目前反饋冷卻方案中存在的問題進行深入的理論研究。探討通過引入新的反饋作用機制抑制乃至消除現有雷射冷卻方案中特定缺陷的可行性、方法及條件，尋求利用量子反饋的調節作用構建更為有效的冷卻路徑的可行性方法，相應成果將進一步促進量子態精密控制和囚禁離子量子計算物理實現的相關研究。
結題摘要
離子冷卻是進行囚禁離子量子計算必不可少的關鍵技術,而量子反饋冷卻的基本思想是將反饋控制理論與現有冷卻技術相結合從而實現更為有效的冷卻過程實時調控,達到更好的效果。 本項目面向囚禁離子量子計算的物理實現，深入研究了離子系統的深度冷卻；在此基礎上研究了囚禁離子的新型反饋冷卻機制，得到了多離子體系中更為有效的反饋冷卻路徑；並將相應的冷卻機制推廣到原子體系和納米機械振子系統。同時根據項目的實際研究進展和課題組的實際研究情況，我們還研究了量子計算模型和量子算法；並且開展了囚禁離子冷卻的實驗研究。 主要成果有： （1）基於量子相干性原理的囚禁離子亞Doppler冷卻方案研究 研究了量子相干性抑制加熱躍遷的機理,可以達到比邊帶冷卻更好的效果;而且發現在保證加熱路徑相干相消的基礎上,不同的冷卻路徑之間也有可能出現相干相漲效應,這使快速冷卻成為可能。根據這一理解,針對囚禁離子體系提出了基於量子相干性原理的暗態冷卻方案。 （2） 囚禁離子系統新型反饋冷卻方案研究 將雷射參數引入到反饋機制中，提出了對駐波相位反饋新型反饋方案。將傳統的單離子反饋冷卻方案推廣到多離子情況，通過對單離子運動的反饋實現多離子的冷卻，通過反饋機制的引入，得到了更有效的冷卻路徑，可以實現比雷射冷卻更好的冷卻效果。 （3）新型離子冷卻方案向其他系統的推廣 在研究離子深度冷卻方案的同時，發現離子冷卻動力學的某些特徵與其他的系統有一定的相似性，成功的將囚禁離子的相干冷卻方法推廣到腔中的原子體系和納米機械振子系統中,討論和探索了這類量子諧振子系統中反饋冷卻的可行性，並得到了有意義的成果。 （4）量子計算模型和量子算法的相關研究 研究了絕熱量子計算模型中的絕熱條件和哈密頓亮構建的方法；還構建了利用非諧阱中的振動態實現三進制的Shor 算法的量子算法，以及極性分子系統中長程海森堡模型的實現的問題。 （5）囚禁離子冷卻實驗研究 搭建了囚禁離子量子計算實驗平台，實現了離子阱中的多離子的Doppler冷卻和單離子的亞Doppler冷卻，實現了新型離子光電離方案，研究了離子冷卻過程中的量子相變問題，研究了晶片離子阱的設計和最佳化問題。 以上成果比較全面的討論了囚禁離子量子計算中所涉及的離子冷卻的問題，能夠促進離子深度冷卻的進一步研究，對於囚禁離子量子計算研究的發展乃至其他物理系統冷卻機理的深入研究都有較好的推動作用。
