量子計算是量子信息處理領(lǐng)域的重要課題。作為實現(xiàn)量子計算的物理基礎(chǔ),量子計算機需要滿足初始化、控制、相干時間、讀出及可擴展性等方面的需求。金剛石中的氮空位（nitrogen vacancy,NV）色心由于其光學特性,是實用量子計算機的熱門候選體系之一。有兩方面的因素會影響我們對NV色心的操控精度:由環(huán)境引起的退相干和控制誤差。對于由NV色心與核自旋構(gòu)成的混合量子系統(tǒng),退相干效應的影響更加明顯:由于核自旋的磁矩很小,其需要的控制時間會很長,可以與NV自旋的相干時間相比。我們需要在完成對混合系統(tǒng)控制的同時,保護NV電子自旋的相干性。另一方面,利用量子和樂性的和樂量子計算是抑制某些種類控制誤差的控制方案,其中兼顧操作時間與幾何性的非絕熱和樂量子計算具有更高的實用性。為了方便非絕熱和樂量子計算在NV色心系統(tǒng)中的應用,我們需要找到更具靈活性的方案,并使其具有對抗另一類噪聲（如NV色心的熱噪聲及控制場強度噪聲）的魯棒性。量子最優(yōu)化控制方法將量子力學與數(shù)值優(yōu)化方法結(jié)合,在NV色心控制方向有很多應用。在本文中,我們采用最優(yōu)化控制方法解決了上面提到的兩個問題。本文的主要研究包含以下兩部分:·與平均哈密頓量... 

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 量子算法與量子模擬
    1.2 量子計算機與量子控制
    1.3 本文結(jié)構(gòu)介紹
第2章 量子最優(yōu)化控制
    2.1 緒論
    2.2 梯度上升優(yōu)化脈沖算法
        2.2.1 態(tài)轉(zhuǎn)移任務
        2.2.2 時間參量優(yōu)化
        2.2.3 弛豫過程中的優(yōu)化
    2.3 最優(yōu)化控制的優(yōu)勢
        2.3.1 針對系統(tǒng)哈密頓量設(shè)計方案
        2.3.2 考慮硬件限制
        2.3.3 對準靜態(tài)噪聲的魯棒性
    2.4 最優(yōu)化控制的新進展
        2.4.1 與動力學解耦序列結(jié)合的最優(yōu)化控制
        2.4.2 與平均哈密頓量理論結(jié)合的最優(yōu)化控制
        2.4.3 實驗結(jié)果反饋優(yōu)化
        2.4.4 最優(yōu)化控制輔助量子探測
        2.4.5 機器學習輔助量子控制
    2.5 本章小結(jié)
第3章 NV色心系統(tǒng)
    3.1 緒論
    3.2 NV色心的能級結(jié)構(gòu)
    3.3 光路設(shè)置
    3.4 電子學器件
    3.5 系統(tǒng)哈密頓量描述及基本實驗
        3.5.1 NV色心
        3.5.2 ~(14)N核自旋
        3.5.3 ~(13)C核自旋
    3.6 本章小結(jié)
第4章 與平均哈密頓量理論相結(jié)合的最優(yōu)化控制
    4.1 緒論
    4.2 系統(tǒng)描述
    4.3 系統(tǒng)-環(huán)境耦合
    4.4 積分計算
    4.5 梯度計算
    4.6 優(yōu)化步驟
    4.7 子序列設(shè)定
    4.8 數(shù)值模擬
        4.8.1 GRAPE算法
        4.8.2 OCT-AHT
        4.8.3 量子噪聲
    4.9 本章小結(jié)
第5章 最優(yōu)化控制在弱耦合系統(tǒng)中的實驗實現(xiàn)
    5.1 實驗系統(tǒng)
    5.2 C_1 Control
        5.2.1 iSWAP門
        5.2.2 C-phase門
    5.3 C_2 Contro1
    5.4 糾纏態(tài)制備
        5.4.1 旋轉(zhuǎn)誤差
        5.4.2 讀出誤差
    5.5 本章小結(jié)
第6章 用最優(yōu)化控制方法搜索和樂量子計算
    6.1 緒論
    6.2 用最優(yōu)化控制尋找非絕熱和樂量子計算
        6.2.1 哈密頓量及控制序列
        6.2.2 目標函數(shù)和優(yōu)化步驟
        6.2.3 用平均目標函數(shù)抑制哈密頓量中的噪聲
    6.3 在NV色心V型系統(tǒng)中的非絕熱和樂量子計算
        6.3.1 Hadamard門
        6.3.2 CNOT門
        6.3.3 幾何特性
    6.4 在ZZ耦合比特系統(tǒng)中的非絕熱和樂量子計算
        6.4.1 Hadamard門及Z軸旋轉(zhuǎn)門
        6.4.2 CNOT門
    6.5 計算方法
        6.5.1 積分計算
        6.5.2 梯度計算
    6.6 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
參考文獻
致謝
個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]Fast holonomic quantum computation based on solid-state spins with all-optical control[J]. Jian Zhou,BaoJie Liu,ZhuoPing Hong,ZhengYuan Xue.  Science China（Physics,Mechanics ＆ Astronomy）. 2018(01)
[2]Experimental quantum deletion in an NMR quantum information processor[J]. LONG Yu,FENG GuanRu,PEARSON Jasong,LONG GuiLu.  Science China（Physics,Mechanics ＆ Astronomy）. 2014(07)



本文編號：3698054