量子計(jì)算機(jī)中的消相干及控制消相干子空間的構(gòu)造.pdf

1、自從量子計(jì)算的概念提出來(lái)后,量子計(jì)算機(jī)的研究越來(lái)越引起科學(xué)家們的重視,尤其是量子算法的提出和量子編碼的實(shí)現(xiàn)使得人們對(duì)量子計(jì)算的應(yīng)用充滿了信心.量子計(jì)算利用了量子力學(xué)的本質(zhì)特性——量子疊加性和相干性原理,來(lái)完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)所不能完成的大型計(jì)算.但是量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)還存在很大的困難,因?yàn)榱孔佑?jì)算利用了量子力學(xué)中的態(tài)的相干性,量子系統(tǒng)始終與環(huán)境存在耦合,不能將系統(tǒng)與環(huán)境完全隔離開(kāi)來(lái),要保持量子態(tài)的相干性并不容易,這一直是人們研究的課題之一.在該論

2、文中,我們首先介紹了量子計(jì)算的相關(guān)背景,討論了量子位與環(huán)境相互作用引起的消相干的現(xiàn)象.計(jì)算了在半導(dǎo)體量子點(diǎn)中,作為量子位的摻雜電子受原子核和外磁場(chǎng)作用下的自旋弛豫過(guò)程,表明量子位受環(huán)境的干擾將出現(xiàn)消相干現(xiàn)象.為消除量子計(jì)算中出現(xiàn)的消相干,人們常采用編碼方法以避免消相干帶來(lái)的影響.我們基于子動(dòng)力學(xué)的子空間理論討論了開(kāi)放量子系統(tǒng)的量子計(jì)算問(wèn)題.利用子動(dòng)力學(xué)的動(dòng)力學(xué)方程和合適的時(shí)序規(guī)則,我們對(duì)投影/開(kāi)放量子系統(tǒng)給出了一種不可逆劉維爾方程,并基

3、于束縛條件,由劉維爾譜分解得到了非平衡統(tǒng)計(jì)密度算符,提出了用非微擾的方式解決子動(dòng)力學(xué)方程的本征值問(wèn)題.我們發(fā)現(xiàn),基于子動(dòng)力學(xué)方程,利用本征投影算符,在投影子空間中構(gòu)造不變本征矢,可以通過(guò)控制校準(zhǔn)時(shí)間周期來(lái)取消演化算符的相移,使得本征投影算符不依賴于構(gòu)造的子空間的相互作用發(fā)生變化,實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算.此外,雖然總的空間有消相干現(xiàn)象發(fā)生,我們由本征值不變,找到了在投影子空間中無(wú)消相于現(xiàn)象發(fā)生的條件,這種子空間被稱為無(wú)消相干子空間.最后我們討論了多