振动相干量子计算

实验上已在囚禁离子的振动模式中演示了长寿命相干态与非线性相互作用。我们提出了一种利用囚禁离子振动模式相干态实现量子计算的方法。与早先实验不同,我们考虑二维囚禁中外部场与离子相互作用的大失谐情形。通过适当选择外部场间的失谐,从系统哈密顿量中绝热消除离子的激发能级,可实现正交振动模式间的分束、相干态的产生以及各类非线性相互作用。特别地,该模型能够生成四种相干贝尔态。此外,量子计算所需的全部必要操作,如量子比特的制备、单量子比特与受控双量子比特操作,均可行。振动模式处于贝尔态时的态探测,可通过离子与外部场之间谐振与非谐振相互作用的组合实现。我们表明,我们的读出方案可对全部四种贝尔态提供高效判别。我们将此推广至由多个独立囚禁离子构成的量子寄存器。在此情形下,借助腔模可实现两个远程量子比特上的操作。我们强调,我们的远程量子比特操作方案不要求高品质因数谐振腔:腔场充当门操作的催化剂。