腔QED系统中多体绝热加速演化方法及应用的理论研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11575045
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2502.量子物理与量子信息
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Resisting decoherence and realizing generalization is the first and most important problem needed to be solved for achieving the quantum information process. In this project, based on cavity QED (cavity quantum electronic dynamics) and atomic systems, we are suggested to propose a generalizable and rapid quantum information process scheme with the high fidelity, which is also robust against the noise of the environment. Firstly, we introduce the theory of transitionless tracking algorithm and Lewis-Riesenfeld invariant into cavity QED system. With the help of the thought of space-division of quantum Zeno dynamics, we construct the shortcut to adiabatic passage of multi-particle system in cavity QED system,moreover, the effectiveness of the shortcut is also proved. Afterwards, by the novel method of shortcut to adiabatic passage of multi-particle system we obtain the local multi-particle fast population transfer and the fast manipulations of quantum states. Further, we consider the fast manipulations of entangled states and quantum computing operations in a complex multi-body system constituted with multi-cavity, multi-particle and multi-mode. At last, we study the adiabatic accelerated evolution of multi-body in a non-Hermitian system and the fast implementation of high fidelity of quantum information process with dissipation of the environment. Numerical simulation demonstrates that the influences of the cavity decay, the atomic spontaneous emission and the fluctuations of experimental parameters in the evolution process can be effectively suppressed with a nearly 100% success rate through the shortcut to adiabatic passage, and moreover, the operation time will not increase with the increasing of the particle number.
抵制退相干问题和可推广问题是实现量子信息首先需要解决的重要问题。本项目拟基于腔QED(腔量子电动力学)和原子系统提出可有效克服环境噪音的可推广的高保真量子信息快速处理的方案。首先,将无跃迁量子寻迹算法和Lewis-Riesenfeld不变式方法应用于腔QED系统,借助量子Zeno 动力学的空间划分思想提出多粒子系统的绝热加速演化方法并证明其有效性。然后,利用新的绝热加速演化方法实现局域多粒子布局数快速转移及量子态快速操纵。进而,研究多个腔、多个粒子、多个腔模构成的非局域多体复杂系统中多粒子纠缠态快速操纵以及量子计算快速操作的问题。最后,研究非厄米系统中多体绝热加速演化方法及耗散环境中快速实现高保真量子信息处理的问题。方案中,经过绝热加速捷径演化,腔场耗散,原子自发辐射以及实验参数波动对系统演化结果的影响可以得到有效抑制,成功几率可以达到100%,而且演化时间不会随着粒子数目的增加而增加。

结项摘要

本项目基于腔QED(腔量子电动力学)和原子系统提出可有效克服环境噪音的可推广的高保真量子信息快速处理的方案。首先,将无跃迁量子寻迹算法和Lewis-Riesenfeld不变式方法应用于腔QED系统,借助量子Zeno 动力学的空间划分思想提出多粒子系统的绝热加速演化方法并证明其有效性。然后,利用新的绝热加速演化方法实现局域多粒子布局数快速转移及量子态快速操纵。进而,研究多个腔、多个粒子、多个腔模构成的非局域多体复杂系统中多粒子纠缠态快速操纵以及量子计算快速操作的问题。最后,研究非厄米系统中多体绝热加速演化方法及耗散环境中快速实现高保真量子信息处理的问题。方案中,经过绝热加速捷径演化,腔场耗散,原子自发辐射以及实验参数波动对系统演化结果的影响可以得到有效抑制,成功几率可以达到100%,而且演化时间不会随着粒子数目的增加而增加。基于本项目支持,已发表被SCI收录的科研论文26篇;已毕业博士4人,毕业硕士生5人,博士在读3人,硕士在读4人;项目组成员参加国内学术会议超过55人次,邀请国内专家学者讲学、报告29人次;项目组成员1人晋升教授,1人晋升副教授。获得各种级别奖项5项。综上所述,经过项目组成员4年的努力,已超额完成了本项目的预期研究目标。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Reverse engineering of a nonlossy adiabatic Hamiltonian for non-Hermitian systems
非厄米系统的无损绝热哈密顿量的逆向工程
  • DOI:
    10.1103/physreva.94.053421
  • 发表时间:
    2016-04
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Qi-Cheng Wu;Ye-Hong Chen;Bi-Hua Huang;Yan Xia;Jie Song
  • 通讯作者:
    Jie Song
Coherent control in quantum open systems: An approach for accelerating dissipation-based quantum state generation
量子开放系统中的相干控制:一种加速基于耗散的量子态生成的方法
  • DOI:
    10.1103/physreva.96.043853
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Ye-Hong Chen;Zhi-Cheng Shi;Jie Song;Yan Xia;Shi-Biao Zheng
  • 通讯作者:
    Shi-Biao Zheng
Invariant-Based Pulse Design for Three-Level Systems Without the Rotating-Wave Approximation
不使用旋转波近似的三能级系统基于不变的脉冲设计
  • DOI:
    10.1002/andp.201700004
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Annalen der Physik
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Kang Yi Hao;Chen Ye Hong;Huang Bi Hua;Song Jie;Xia Yan
  • 通讯作者:
    Xia Yan
Pulse design for multilevel systems by utilizing Lie transforms
利用李变换进行多级系统的脉冲设计
  • DOI:
    10.1103/physreva.97.033407
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Yi-Hao Kang;Ye-Hong Chen;Zhi-Cheng Shi;Bi-Hua Huang;Jie Song;Yan Xia
  • 通讯作者:
    Yan Xia
Protecting Quantum State in Time-Dependent Decoherence-Free Subspaces Without the Rotating-Wave Approximation
在不使用旋转波近似的情况下保护瞬态无退相干子空间中的量子态
  • DOI:
    10.1002/andp.201700186
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Annalen der Physik
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Wu Qi Cheng;Chen Ye Hong;Huang Bi Hua;Shi Zhi Cheng;Song Jie;Xia Yan
  • 通讯作者:
    Xia Yan

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其他文献

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    --
  • 作者:
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    夏岩
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  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    夏岩
  • 通讯作者:
    夏岩
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    夏岩;付常宝;李风月;张寿;Yeon Kyu-hwang;Um Chung-in
  • 通讯作者:
    Um Chung-in

其他文献

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AI项目解读示例

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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