自旋量子比特的退相干，调控和可控耦合

【摘要】本文介绍了自旋量子计算的研究背景,发展过程,在现阶段所取得的进展,所遇到的阻碍,以及潜在的应用方向。基于NV色心的自旋量子比特具有很好的相干性,在常温实验条件下就可以进行初始化,相干操作,以及测量。我们研究了一个自旋为1的中心自旋模型来解释NV色心的退相干。在这个模型中我们发现了新的退相干机制。一种新的”hyperfinemediatedspectraldiffusion”机制被我们所发现,在这个退相干机制中,中心自旋的Overhauser场的量子涨落来自于‘’hyperfinemediatedinteraction”,这与传统的自旋1/2是完全不同的。量子计算离不开量子比特之间的可控耦合。对基于自旋单态和自旋三重态的逻辑量子比特,也就是ST0量子比特,由于它可以被外加电场来操控,是当前研究热门之一。我们提出了利用交换相互作用在特定磁场下来实现两个ST0逻辑量子比特之间的可控耦合,在这个特殊的磁场下,ST0量子比特Hilbert空间的泄露可以避免。在我们这个交换耦合方案中,量子比特之间的耦合是完全可调的,而且在在实验上容易实现。强自旋轨道耦合材料的出现使得spin-orbit量子比特成为当前的研究热门之一,spin-orbit量子比特的操作可以用电偶极自旋共振来实现。我们研究了一个纳米线单量子点来研究电偶极自旋共振的机理,采取简并微扰的方法,我们解析地求出了量子点的最低能级,以及相应的量子态。我们发现电偶极自旋共振的Rabi频率会有一极大值,也就是说存在一个最佳的自旋轨道耦合值。spin-orbit量子比特的能级劈裂以及Rabi频率都对外加磁场的方向有响应,我们提出通过这些响应来探测半导体纳米线中的Rashba以及Dresselhaus自旋轨道耦合强度。
【作者】李睿；
【导师】游建强；
【作者基本信息】复旦大学，理论物理学，2013，博士
【关键词】量子比特；电子自旋共振；自旋轨道耦合；电偶极自旋共振；

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