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随着量子计算与量子信息学科的发展,应可扩展性与可集成性的要求,量子比特的数量需要一定量的规模才能更好的执行功能更强大的计算与信息处理任务,而很多个量子比特局域地集中在一起对于保持整个体系的相干性与每个量子比特的单独寻址问题都有极高的要求。在量子信息的各种处理体系中,腔电动力学(QED)体系有着可以形成非局域腔网络的优点,从而使得每个腔节点里的量子比特可以通过高保真光纤连接起来,达到量子比特非局域的相互作用,形成一种分布式量子信息处理的格局。
另一方面,量子比特对环境的要求很苛刻,跟经典计算比特相比,除了比特翻转错误,量子比特还具有独特的位相翻转错误引起的退相干,严重的位相错误会使得系统最后的计算结果出现混乱导致结果无效。为了防止这种错误,退相干自由子空间Decoherence-Free Subspace(DFS)保护技术被应用到量子信息处理学科中来,虽然在系统资源使用上必须采用两个物理量子比特来编码一个逻辑量子比特,但是基于退相干保护的量子比特编码可以达到很高的保真度并且有效的防止由于随机的物理体系参数的变化(如:囚禁原子磁场的随机涨落)而引起的位相错误。
结合这两点优势,在退相干保护的情况下,提出了基于腔量子网络的一些量子信息处理方案。这些方案是基于腔的输入输出过程,在特定条件下腔的输入输出过程会对系统产生一个π相位的翻转,依靠这种相位翻转,我们提出了DFS空间中的单量子比特的Hadamard门操作。并由此提出了相应的量子信息处理过程,包括最基本的DFS空间中的量子信息传输,量子Grover搜索算法,以及一个基本的环形腔网络的构成。