雙量子點(diǎn)中的量子信息研究.pdf

1、本文研究了半導(dǎo)體量子點(diǎn)中的若干重要的量子信息過(guò)程。半導(dǎo)體量子點(diǎn)是最有可能實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的固態(tài)器件之一。它具有容易操作和擴(kuò)展，同時(shí)有較長(zhǎng)的相干時(shí)間的特點(diǎn)。通過(guò)把量子比特編碼在量子點(diǎn)中囚禁電子的自旋自由度上，比如單電子的自旋上和下，或者雙電子的單重態(tài)和三重態(tài)等，人們可以研究各種量子信息過(guò)程。本文中，我們的工作主要集中在用雙量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，主要內(nèi)容包括： 1.文章首先介紹了半導(dǎo)體量子點(diǎn)的研究背景和研究動(dòng)機(jī)，并具體介紹了半導(dǎo)體

2、量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)以及如何利用量子點(diǎn)中電子自旋進(jìn)行編碼實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算。 2.介紹了一種無(wú)需兩比特相互作用的雙量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)基于測(cè)量的量子計(jì)算。基于這種結(jié)構(gòu)，我們提出了非破壞性量子Bell態(tài)測(cè)量的方案，并且進(jìn)一步地可以實(shí)現(xiàn)n粒子的GHZ態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的方案。 3.我們具體討論了耦合雙量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)(即雙量子點(diǎn)分子)，并基于雙量子點(diǎn)分子結(jié)構(gòu)提出了兩種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算。一種方案是通過(guò)在雙量子點(diǎn)分子鏈構(gòu)造出cluster態(tài)

3、，結(jié)合單比特操作和讀出，可以實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算；另一種方法是通過(guò)用雙量子點(diǎn)分子構(gòu)造普適量子門的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算。 4.為了提高雙量子點(diǎn)分子之間的耦合強(qiáng)度，我們提出了用超導(dǎo)傳輸線腔來(lái)耦合多個(gè)雙量子點(diǎn)分子。并將量子比特置于腔的大失諧區(qū)進(jìn)行操作，這樣可以有效地壓制腔模損耗引起的退相干機(jī)制。 5.結(jié)合目前的實(shí)驗(yàn)條件和理論，我們對(duì)基于雙量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的量子計(jì)算做了具體討論，并對(duì)將來(lái)的工作做了實(shí)際的展望。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：

4、 1.在無(wú)需兩比特相互作用的雙量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)上，提出了非破壞性測(cè)量Bell態(tài)的方案，使得整個(gè)體系支持在非絕熱條件下運(yùn)行。這種非破壞性測(cè)量的想法，可以用來(lái)制備n粒子GHZ態(tài)，從而可以用來(lái)做量子計(jì)算。 2.我們提出了一種雙量子點(diǎn)分子鏈的排布方案：雙量子點(diǎn)分子中兩個(gè)量子點(diǎn)的排布方向垂直于雙量子點(diǎn)分子排布方向的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化了近鄰量子比特之間的相互作用(為Ising相互作用)，可以一步實(shí)現(xiàn)cluster態(tài)制備以及近鄰比特之間的兩比特

5、門和Bell念測(cè)量。進(jìn)一步地，這種排布具有很好的擴(kuò)展性，可以將邏輯比特?cái)U(kuò)展到二維空間中。 3.我們?cè)O(shè)計(jì)的雙量子點(diǎn)分子中兩個(gè)量子點(diǎn)的排布方向垂直于雙量子點(diǎn)分子排布方向的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，可以有效地消除掉非近鄰量子比特帶來(lái)的相互作用影響。 4.我們提出了用傳輸線腔(TLR)來(lái)耦合多個(gè)雙量子點(diǎn)分子的模型，大大加強(qiáng)雙量子點(diǎn)分子之間的耦合強(qiáng)度(直接的庫(kù)侖相互作用強(qiáng)度較小)。這是一個(gè)多比特模型，通過(guò)腔耦合，我們可以選擇任意兩個(gè)雙量子點(diǎn)