24、量子信息：纠缠、纯化与纠错
量子信息：纠缠、纯化与纠错
1. 量子计算中的原子操作
在量子计算里，原子是关键的操作对象。为了确保原子能稳定用于计算，需要将其置于几乎没有其他原子或分子与之碰撞的环境中。
原子状态的初始化借助光泵浦来实现。若原子处于不同于 $|0\rangle$ 的状态，就用激光激发它，这可通过适当调节激光频率和偏振来达成。原子会通过受激吸收和自发发射改变状态，直至衰减到 $|0\rangle$ 态，此时激光便不再激发它。
读取每个量子比特状态的方法与初始化类似。用激光照射原子，若原子处于 $|0\rangle$ 态，它不吸收光；若处于 $|1\rangle$ 态，则会发生吸收 - 发射循环，原子被激光激发后又通过自发发射回到 $|1\rangle$ 态。计算结束时，打开激光，若观察到某些原子发出光，就表明该原子处于 $|1\rangle$ 态；若未观察到光，则可推断其处于 $|0\rangle$ 态。
单量子比特门也能用激光实现，但要避免自发发射，因为这会导致退相干。具体做法是使用两个频率与所有原子跃迁都远非共振的激光。吸收一个激光光子，接着在另一个激光中受激发射一个光子，就能实现 $|0\rangle \leftrightarrow |1\rangle$ 的跃迁。通过适当选择激光强度和相位，可进行任意单量子比特操作。
而受控非门通常是最难实现的部分，因为它需要原子间的受控相互作用。实现方法有以下几种：
- 利用高质量腔，让原子发射的光子总是进入单一共振腔模式，而非其他方向。
- 运用偶极 - 偶极相互作用。
- 使原子相互靠近，通过冷碰撞实现相互作用。
- 利用离子间的库仑排斥力。