固態(tài)系統(tǒng)中量子態(tài)傳輸?shù)难芯?pdf

1、量子信息學(xué)是量子力學(xué)與信息科學(xué)交叉的前沿領(lǐng)域,其主要目標(biāo)是利用量子理論來實現(xiàn)信息的處理、存儲和傳輸。量子信息學(xué)的基本任務(wù)之一是量子通信,即實現(xiàn)不同區(qū)域的量子態(tài)傳輸。在高度集成的量子器件中不同寄存器之間的間隔很短,因此可以利用恒定耦合的量子網(wǎng)絡(luò)作為量子通道來實現(xiàn)不同寄存器之間的連接,而量子態(tài)的傳輸則通過量子態(tài)在量子網(wǎng)絡(luò)中的動力學(xué)演化來完成。該方案優(yōu)勢在于量子態(tài)的傳輸過程中不需要加入任何外界操作,從而盡可能降低了外界操作對量子系統(tǒng)帶來的誤差

2、及退相干。本文旨在量子力學(xué)框架下研究緊束縛模型中的量子態(tài)傳輸,并系統(tǒng)地討論了公度能級系統(tǒng)和能隙系統(tǒng)作為量子通道的物理機制。 本文首先介紹了有關(guān)量子信息的基本概念以及最近的研究進展,闡述了“能譜-宇稱”匹配條件,即能譜具有公度且與宇稱相匹配的量子網(wǎng)絡(luò),可以實現(xiàn)量子態(tài)的理想傳輸?；谠摾碚?我們提出利用均勻緊鄰耦合的緊束縛模型作為量子通道的方案,并分別考慮了兩種不同邊界條件-開鏈及周期性邊界條件。解析及數(shù)值結(jié)果表明,靜態(tài)以及運動的高

3、斯波包在該系統(tǒng)中均可以實現(xiàn)近似理想的遠(yuǎn)程傳輸。在此基礎(chǔ)上,本文進一步研究了緊束縛模型中,通過外恒場實現(xiàn)近似理想的量子態(tài)傳輸?shù)牟倏亍４送?我們還研究了緊束縛模型中高斯波包演化時出現(xiàn)的分?jǐn)?shù)恢復(fù)現(xiàn)象。解析結(jié)果以及數(shù)值模擬表明,半寬足夠大的高斯波包在演化過程將會出現(xiàn)分?jǐn)?shù)恢復(fù),即在某些特定時刻量子態(tài)表現(xiàn)為若干空間位置不同,且與初始波包形狀相同的子波包疊加。本文討論了上述量子現(xiàn)象在量子信息方面的應(yīng)用以及在實驗中實現(xiàn)的可行性。 另一方面,我們

4、研究了利用能隙系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)兩個量子比特間量子態(tài)傳輸?shù)奈锢頇C制。研究發(fā)現(xiàn),能隙的存在可以誘導(dǎo)出兩個量子比特間的有效遠(yuǎn)程耦合。不僅如此,能隙還能對實驗中一些外界噪聲的影響起壓制作用。這個方案為量子通道的物理實現(xiàn)提供了另一可行的途徑。本文系統(tǒng)研究了四種能隙模型：自旋梯模型、派爾斯模型、雙帶模型以及由缺陷誘導(dǎo)出的能隙模型,并澄清了它們的特性與聯(lián)系。 最后我們討論了量子測量問題,它是受量子信息啟發(fā)的熱點方向之一。我們針對雙量子點構(gòu)