單量子系統(tǒng)的相干電磁調(diào)控.pdf

1、量子相干調(diào)控在過(guò)去的幾十年引起了廣泛關(guān)注，并取得了許多顯著的研究成果，特別是在量子信息處理領(lǐng)域，量子相干調(diào)控是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，量子保密通信的重要手段。量子相干調(diào)控的核心思想是通過(guò)改變外界條件，如電場(chǎng)、磁場(chǎng)，將量子系統(tǒng)從初始態(tài)激發(fā)到目標(biāo)態(tài)上。一般而言，實(shí)現(xiàn)這種對(duì)微觀物質(zhì)的控制包括兩種方法，一種是對(duì)控制場(chǎng)弛豫時(shí)間相當(dāng)敏感的精確控制方法，如拉比振蕩;而另一種是對(duì)弛豫時(shí)間不敏感的布居數(shù)演化絕熱路徑方法，如受激拉曼絕熱過(guò)程。本文將通過(guò)對(duì)現(xiàn)行物理系統(tǒng)

2、（運(yùn)動(dòng)量子點(diǎn)、液氦表面電子、超導(dǎo)約瑟夫森節(jié)、原子與腔相互作用系統(tǒng)）的研究，利用量子調(diào)控的基本方法研究量子計(jì)算基本邏輯門(mén)的操作，并且制備量子保密通信所必備的單光子源，研究?jī)?nèi)容主要如下:
　　在第二章，我們研究了表面聲波輸運(yùn)單個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，當(dāng)表面聲波的波長(zhǎng)與其準(zhǔn)一維運(yùn)動(dòng)通道的長(zhǎng)度相近時(shí)，表面聲波束縛單個(gè)電子而勢(shì)阱可以看成是一個(gè)運(yùn)動(dòng)量子點(diǎn)，而處于其勢(shì)阱中的電子具有量子化能級(jí)。我們提出利用運(yùn)動(dòng)量子點(diǎn)最低兩個(gè)能級(jí)來(lái)編碼量子比特，從而實(shí)現(xiàn)

3、量子計(jì)算。對(duì)于單量子比特邏輯門(mén)操作，我們通過(guò)精確控制靜電場(chǎng)的勢(shì)能，使電子在最低兩個(gè)能級(jí)之間產(chǎn)生拉比振蕩，從而實(shí)現(xiàn)布居數(shù)的反轉(zhuǎn)。對(duì)于兩量子比特，我們通過(guò)在不同準(zhǔn)一維通道中鄰近運(yùn)動(dòng)量子點(diǎn)之間的庫(kù)倫相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的i-swap門(mén)操作。而對(duì)于量子信息的讀出，我們可以利用實(shí)驗(yàn)上首次觀測(cè)單電子隧穿效應(yīng)的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　在第三章，我們研究了液氦表面電子的束縛過(guò)程，提出用Stark啁啾絕熱過(guò)程實(shí)現(xiàn)液氦表面電子的量子相干調(diào)控。不同于Planz

4、man等人提出的用精確控制外場(chǎng)弛豫時(shí)間的方法實(shí)現(xiàn)量子邏輯門(mén)的操作，Stark啁啾絕熱過(guò)程在實(shí)現(xiàn)量子邏輯門(mén)操作中，對(duì)外場(chǎng)弛豫時(shí)間并不敏感，并且能更有效地實(shí)現(xiàn)布居數(shù)的完全反轉(zhuǎn)。我們同樣用電子在束縛勢(shì)中的最低兩個(gè)能級(jí)編碼量子比特，并且利用電子之間的庫(kù)倫相互作用實(shí)現(xiàn)了基本的i-swap門(mén)。一般Stark啁啾絕熱過(guò)程的實(shí)現(xiàn)需要在絕熱條件限制下才能實(shí)現(xiàn)，但是在一定的控制場(chǎng)下，我們研究了在絕熱條件違背的情況下，Stark啁啾非絕熱過(guò)程同樣能實(shí)現(xiàn)量子邏

5、輯門(mén)的基本操作。
　　在第四章，我們研究了耗散對(duì)量子相干調(diào)控的影響。以Stark啁啾絕熱過(guò)程實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)約瑟夫森節(jié)的基本量子邏輯門(mén)操作為例，我們研究了實(shí)際存在的耗散效應(yīng)是怎樣影響Stark啁啾絕熱過(guò)程的調(diào)控效率。在系統(tǒng)與環(huán)境弱耦合的情況下，Stark啁啾絕熱過(guò)程依然可以有效實(shí)現(xiàn)量子邏輯門(mén)操作，絕熱路徑之間的躍遷效應(yīng)對(duì)邏輯門(mén)操作的影響很小。但是在強(qiáng)耦合情況下，系統(tǒng)布居數(shù)的演化將受到嚴(yán)重破壞。
　　在第五章，我們研究了原子與單模腔相