基于雜化量子體系的量子信息處理研究
發(fā)布時間：2024-10-03 03:26
量子信息是通過量子物理體系來存儲和處理的信息。相較于經(jīng)典信息,量子信息有著資源開銷少、存儲容量大、處理速度快、傳輸過程安全等獨一無二的優(yōu)點,因而一直被廣泛關(guān)注。在過去十多年里,量子信息科學(xué)技術(shù)取得了重大進展,已逐漸從理論走向?qū)嶒?并向?qū)嵱没较虬l(fā)展。在量子信息處理的研究工作中,尋找合適的信息載體,構(gòu)造穩(wěn)定的處理體系,實現(xiàn)不同體系間的耦合與兼容都是需要重點考慮的內(nèi)容。在本論文里,我們嘗試使用雜化量子體系來設(shè)計量子信息處理方案,以確保其良好的兼容性和可擴展性。我們系統(tǒng)地研究了由固態(tài)自旋和機械振子組成的固態(tài)雜化量子體系的基本模型與處理方法�；谠撾s化量子體系,我們提出了兩個量子糾纏制備與量子邏輯門實現(xiàn)的理論方案:基于熱聲子的遠距離固態(tài)電子自旋糾纏制備以及量子糾纏邏輯門;利用機械振子實現(xiàn)可擴展的原子核自旋糾纏制備以及量子糾纏邏輯門。在這些工作中,我們的主要結(jié)果與創(chuàng)新點可歸納為:(1)我們提出的機械振子-固態(tài)自旋耦合體系具備良好的可擴展性。通過微波驅(qū)動的方式,我們的方案可以選擇性的在兩個遠距離的固態(tài)自旋間建立有效耦合,而其余的固態(tài)自旋之間則是解耦的,從而不會相互影響,保證了我們所設(shè)計的方案的可擴展...
【文章頁數(shù)】：121 頁
【學(xué)位級別】：博士
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
1.1 量子信息科學(xué)簡介
1.2 固態(tài)量子信息處理
1.3 本論文的結(jié)構(gòu)安排
第二章 量子信息科學(xué)基礎(chǔ)
2.1 量子比特
2.1.1 薛定諤方程與量子態(tài)
2.1.2 布洛赫矢量
2.2 量子信息處理
2.2.1 量子邏輯門
2.2.2 量子糾纏
2.2.3 量子不可克隆定理
2.3 量子退相干
2.3.1 量子主方程
第三章 雜化量子體系
3.1 機械振子
3.1.1 納米機械振子
3.1.2 機械振子量子化
3.2 固態(tài)自旋體系
3.2.1 氮-空位中心原子結(jié)構(gòu)
3.2.2 氮-空位中心電子自旋與核自旋
3.3 機械振子-固態(tài)自旋的相干耦合
3.3.1 磁場梯度誘導(dǎo)耦合
3.3.2 材料應(yīng)變誘導(dǎo)耦合
3.4 雜化量子體系的基本模型
3.5 雜化量子體系的時間演化
3.5.1 薛定諤方程求解法
3.5.2 量子綴飾態(tài)求解法
第四章 基于熱聲子的固態(tài)自旋糾纏制備
4.1 研究背景
4.2 理論模型
4.3 有效哈密頓量
4.3.1 理論推導(dǎo)
4.3.2 綜合分析
4.4 固態(tài)自旋糾纏制備
4.4.1 無退相干子空間
4.4.2 熱聲子的高階效應(yīng)
4.4.3 量子糾纏邏輯門方案
4.5 量子退相干分析
4.5.1 自旋退相干
4.5.2 機械阻尼耗散
4.5.3 量子糾纏邏輯門保真度評估
4.6 本章小結(jié)
第五章 基于機械振子的原子核自旋糾纏制備
5.1 研究背景
5.2 理論模型
5.2.1 氮-空位中心自旋體系
5.2.2 氮-空位中心與機械振子的耦合
5.3 原子核自旋糾纏制備
5.3.1 核自旋有效哈密頓量
5.3.2 核自旋量子糾纏邏輯門
5.4 量子退相干分析
5.4.1 電子及核自旋退相干
5.4.2 機械阻尼耗散
5.4.3 量子退相干綜合分析
5.5 原子核自旋多體糾纏態(tài)制備
5.5.1 圖態(tài)簡介
5.5.2 原子核自旋圖態(tài)制備
5.6 原子核自旋多體相互作用的探討
5.7 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
6.1 總結(jié)
6.2 展望
致謝
參考文獻
博士期間發(fā)表的論文
附錄 A 哈密頓量變換
附錄 B 保真度評估
B.1有熱保護時的保真度
B.2無熱保護時的保真度
本文編號：4006696
【文章頁數(shù)】：121 頁
【學(xué)位級別】：博士
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
1.1 量子信息科學(xué)簡介
1.2 固態(tài)量子信息處理
1.3 本論文的結(jié)構(gòu)安排
第二章 量子信息科學(xué)基礎(chǔ)
2.1 量子比特
2.1.1 薛定諤方程與量子態(tài)
2.1.2 布洛赫矢量
2.2 量子信息處理
2.2.1 量子邏輯門
2.2.2 量子糾纏
2.2.3 量子不可克隆定理
2.3 量子退相干
2.3.1 量子主方程
第三章 雜化量子體系
3.1 機械振子
3.1.1 納米機械振子
3.1.2 機械振子量子化
3.2 固態(tài)自旋體系
3.2.1 氮-空位中心原子結(jié)構(gòu)
3.2.2 氮-空位中心電子自旋與核自旋
3.3 機械振子-固態(tài)自旋的相干耦合
3.3.1 磁場梯度誘導(dǎo)耦合
3.3.2 材料應(yīng)變誘導(dǎo)耦合
3.4 雜化量子體系的基本模型
3.5 雜化量子體系的時間演化
3.5.1 薛定諤方程求解法
3.5.2 量子綴飾態(tài)求解法
第四章 基于熱聲子的固態(tài)自旋糾纏制備
4.1 研究背景
4.2 理論模型
4.3 有效哈密頓量
4.3.1 理論推導(dǎo)
4.3.2 綜合分析
4.4 固態(tài)自旋糾纏制備
4.4.1 無退相干子空間
4.4.2 熱聲子的高階效應(yīng)
4.4.3 量子糾纏邏輯門方案
4.5 量子退相干分析
4.5.1 自旋退相干
4.5.2 機械阻尼耗散
4.5.3 量子糾纏邏輯門保真度評估
4.6 本章小結(jié)
第五章 基于機械振子的原子核自旋糾纏制備
5.1 研究背景
5.2 理論模型
5.2.1 氮-空位中心自旋體系
5.2.2 氮-空位中心與機械振子的耦合
5.3 原子核自旋糾纏制備
5.3.1 核自旋有效哈密頓量
5.3.2 核自旋量子糾纏邏輯門
5.4 量子退相干分析
5.4.1 電子及核自旋退相干
5.4.2 機械阻尼耗散
5.4.3 量子退相干綜合分析
5.5 原子核自旋多體糾纏態(tài)制備
5.5.1 圖態(tài)簡介
5.5.2 原子核自旋圖態(tài)制備
5.6 原子核自旋多體相互作用的探討
5.7 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
6.1 總結(jié)
6.2 展望
致謝
參考文獻
博士期間發(fā)表的論文
附錄 A 哈密頓量變換
附錄 B 保真度評估
B.1有熱保護時的保真度
B.2無熱保護時的保真度
本文編號：4006696
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