基于系统与热库联合态演化的开放系统几何相位研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11374054
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    76.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2205.光量子物理和量子光学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Investigation of geometric phases of open systems is important for implementation of geometric quantum computation that is robust against the effects of noises. In this project, we plan to study the geometric phases of open systems and investigate the effects of decoherence under the adiabatic and nonadiabatic conditions, respectively. In contrast with previous studies, we require neither to continuously monitor the state of the reservoir nor to trace out its degrees of freedom. Instead, we will consider the quantum system and reservoir as a whole. The geometric phase obtained in this way can completely reflect the geometric feature for the joint state evolution path of the quantum system and reservoir. First we will give an explicit definition on the condition for parallel transportation and the corresponding geometric phase for the joint system. Then we will investigate the geometric phase for a two-level system driven by a classical field and coupled to the environment under the adiabatic and nonadiabatic evolutions in this framework. On this basis, we will analyze the effect of decoherence on this phase and investigate the relation between the corresponding correction term and the system-reservoir entanglement. Next, we generalize the results, and study the geometric phase acquired by the state evolution of the composite system comprised of the Jaynes-Cummings model and reservoir. Finally, we study the features of the geometric phase for a harmonic oscillator that is driven by a classical field and coupled to the environment, and analyze the effects of dissipation on the fidelity of quantum logic gates based on this kind of phase.
开放系统几何相位的研究对可抵抗噪声影响的几何量子计算的实现具有重要意义。本项目拟研究开放系统中的几何相位,并探讨在绝热与非绝热条件下消相干效应的影响。与已有研究不同的是,我们既不要求对热库态的连续监测,也不需要将其自由度求迹消去,而是将量子系统与热库作为一个整体来考虑。这样所得到的几何相位可完整反映量子系统与热库联合态演化路径的几何属性。我们将首先对联合系统的平移条件及相关的几何相位做出明确的定义,然后在此框架中研究受经典场驱动并与环境耦合的双能级系统在绝热与非绝热演化情形下所产生的几何相位。在此基础上,进一步分析消相干对该相位的影响,并探讨相应修正项与系统-热库纠缠的关系。将结果进行推广,研究Jaynes-Cummings模型与热库所构成复合系统的态演化所产生的几何相位。最后研究受经典场驱动并与环境耦合的谐振子的几何相位特征,并分析耗散对基于这种相位的量子逻辑门保真度的影响。

结项摘要

几何相位是一种重要的量子力学效应,对可抵抗噪声影响的容错量子计算的实现具有重要意义。本项目着重研究开放系统的几何相位及其在量子计算中的应用。对所研究的量子系统与热库所构成联合系统的平移条件及相关的几何相位给出了明确的定义,在此基础上研究了受经典场驱动并与环境耦合的双能级系统经过一个循环演化所产生的几何相位。分析了系统与热库耦合所导致的退相干对该相位的影响,得到了相应修正项,并探讨了该相位与系统-热库纠缠的关系。进一步分析了与热库耦合的Jaynes-Cummings模型及受驱动谐振子的几何相位特征,并计算了相应的修正项。结果表明,基于系统-热库联合态演化所计算出的几何相位对耗散不敏感。在超导电路系统中提出并演示了连续变量系统几何相位的测量及多比特几何量子相位门的实现方案。在以往的多比特量子相位门实验中,需要将这些门分解为两比特及单比特的门,因此所需要的操作次数随着比特数量的增加而急剧增加,而我们的方案只要求一次几何操作,对于量子计算的实现具有重要意义。基于量子比特与谐振腔的相互作用,提出并演示了对量子比特波动性和粒子性同时观测的方案。基于谐振器所诱导的比特-比特耦合动力学,设计并演示了多对超导比特并行逻辑操作和多个比特最大纠缠态的实现方案。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Continuous-variable geometric phase and its manipulation for quantum computation in a superconducting circuit
超导电路中量子计算的连续可变几何相位及其操纵
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Nature Communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Chao Song;Shi-Biao Zheng;Pengfei Zhang;Kai Xu;Libo Zhang;Qiujiang Guo;Wuxin Liu;Da Xu;Hui Deng;Keqiang Huang;Dongning Zheng;Xiaobo Zhu;H. Wang
  • 通讯作者:
    H. Wang
Preparation of two-qubit steady entanglement through driving a single qubit
通过驱动单个量子位制备两个量子位稳定纠缠
  • DOI:
    10.1364/ol.39.006046
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Shen Li-Tuo;Chen Rong-Xin;Yang Zhen-Biao;Wu Huai-Zhi;Zheng Shi-Biao
  • 通讯作者:
    Zheng Shi-Biao
Open-system geometric phase based on system-reservoir joint state evolution
基于系统-储层联合状态演化的开放系统几何相
  • DOI:
    10.1103/physreva.89.062118
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Physical Review A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Zheng Shi-Biao
  • 通讯作者:
    Zheng Shi-Biao
Improving the stimulated Raman adiabatic passage via dissipative quantum dynamics
通过耗散量子动力学改进受激拉曼绝热通道
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Qi-Cheng Wu;Ye-Hong Chen;Bi-Hua Huang;Jie Song;Yan Xia;Shi-Biao Zheng
  • 通讯作者:
    Shi-Biao Zheng
Ground state of an ultrastrongly coupled qubit-oscillator system with broken inversion symmetry
具有破缺反演对称性的超强耦合量子位振荡器系统的基态
  • DOI:
    10.1039/d1cp02440j
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Physical Review A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Li-Tuo Shen;Zhen-Biao Yang;Huai-Zhi Wu;Shi-Biao Zheng
  • 通讯作者:
    Shi-Biao Zheng

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其他文献

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  • 期刊:
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  • 作者:
    郑仕标
  • 通讯作者:
    郑仕标
Teleportation of atomic states within cavities in thermal states
热态空腔内原子态的隐形传输
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Physical Review A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    郑仕标
  • 通讯作者:
    郑仕标
Generation of Greenberger-Horne-Zeilinger states for three atoms trapped in a cavity beyond the strong-coupling regime
捕获在强耦合范围之外的空腔中的三个原子的 Greenberger-Horne-Zeilinger 态的生成
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Physics Letters A, Vol. 372, No. 5, Pg. 591
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑仕标
  • 通讯作者:
    郑仕标
Quantum state engineering by superpositions of cohrent states along a straight line in cavity quantum electrodynamics
腔量子电动力学中沿直线叠加相干态的量子态工程
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Chinese Physical Letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑仕标
  • 通讯作者:
    郑仕标
Generation of any superposition of coherent states along a straight line via resonant atom—cavity interaction
通过共振原子-腔相互作用沿直线生成相干态的任意叠加
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/19/4/044203
  • 发表时间:
    2010-04-15
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    郑仕标
  • 通讯作者:
    郑仕标

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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