雙量子點中的量子信息研究.pdf

1、本文研究了半導(dǎo)體量子點中的若干重要的量子信息過程。半導(dǎo)體量子點是最有可能實現(xiàn)量子計算機的固態(tài)器件之一。它具有容易操作和擴展，同時有較長的相干時間的特點。通過把量子比特編碼在量子點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程。本文中，我們的工作主要集中在用雙量子點結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)量子計算，主要內(nèi)容包括： 1.文章首先介紹了半導(dǎo)體量子點的研究背景和研究動機，并具體介紹了半導(dǎo)體

2、量子點的結(jié)構(gòu)以及如何利用量子點中電子自旋進行編碼實現(xiàn)量子計算。 2.介紹了一種無需兩比特相互作用的雙量子點結(jié)構(gòu)，可以用來實現(xiàn)基于測量的量子計算?；谶@種結(jié)構(gòu)，我們提出了非破壞性量子Bell態(tài)測量的方案，并且進一步地可以實現(xiàn)n粒子的GHZ態(tài)，從而實現(xiàn)量子計算的方案。 3.我們具體討論了耦合雙量子點結(jié)構(gòu)(即雙量子點分子)，并基于雙量子點分子結(jié)構(gòu)提出了兩種方案來實現(xiàn)量子計算。一種方案是通過在雙量子點分子鏈構(gòu)造出cluster態(tài)

3、，結(jié)合單比特操作和讀出，可以實現(xiàn)量子計算；另一種方法是通過用雙量子點分子構(gòu)造普適量子門的方法來實現(xiàn)量子計算。 4.為了提高雙量子點分子之間的耦合強度，我們提出了用超導(dǎo)傳輸線腔來耦合多個雙量子點分子。并將量子比特置于腔的大失諧區(qū)進行操作，這樣可以有效地壓制腔模損耗引起的退相干機制。 5.結(jié)合目前的實驗條件和理論，我們對基于雙量子點結(jié)構(gòu)的量子計算做了具體討論，并對將來的工作做了實際的展望。 本文的主要創(chuàng)新點：

4、 1.在無需兩比特相互作用的雙量子點結(jié)構(gòu)上，提出了非破壞性測量Bell態(tài)的方案，使得整個體系支持在非絕熱條件下運行。這種非破壞性測量的想法，可以用來制備n粒子GHZ態(tài)，從而可以用來做量子計算。 2.我們提出了一種雙量子點分子鏈的排布方案：雙量子點分子中兩個量子點的排布方向垂直于雙量子點分子排布方向的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)大大簡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念測量。進一步地，這種排布具有很好的擴展性，可以將邏輯比特擴展到二維空間中。 3.我們設(shè)計的雙量子點分子中兩個量子點的排布方向垂直于雙量子點分子排布方向的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過計算，可以有效地消除掉非近鄰量子比特帶來的相互作用影響。 4.我們提出了用傳輸線腔(TLR)來耦合多個雙量子點分子的模型，大大加強雙量子點分子之間的耦合強度(直接的庫侖相互作用強度較小)。這是一個多比特模型，通過腔耦合，我們可以選擇任意兩個雙量子點