量子信息科學(xué)是量子力學(xué)、信息科學(xué)等多個(gè)學(xué)科的新興交叉學(xué)科,其利用具有量子特性的量子體系或復(fù)合量子體系實(shí)現(xiàn)信息的測(cè)量、處理和傳輸,分別對(duì)應(yīng)量子傳感、量子計(jì)算和量子通信。近十多年中,人們對(duì)量子信息科學(xué)進(jìn)行了大量的研究,并取得了許多重要成果。在可實(shí)現(xiàn)量子信息處理的物理體系中,金剛石氮-空位中心電子自旋具有優(yōu)越的量子相干性,碳納米管中的量子點(diǎn)具有較好的可擴(kuò)展性。這些優(yōu)點(diǎn)使這兩種基于碳材料的固態(tài)自旋量子體系成為實(shí)現(xiàn)量子信息技術(shù)的重要物理載體。在本論文中,我們利用這兩種基于碳材料的固態(tài)自旋量子體系,設(shè)計(jì)了兩種高靈敏度、高空間分辨率的量子傳感方案,并利用這兩種碳材料的量子自旋復(fù)合體系提出了可擴(kuò)展的固態(tài)量子計(jì)算方案。本論文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)可以歸納為:1.我們提出了基于金剛石氮-空位中心電子自旋探針和自由基對(duì)的復(fù)合掃描隧道顯微成像方案。自由基對(duì)分子與待探測(cè)的目標(biāo)自旋通過(guò)相互作用進(jìn)行耦合,該耦合會(huì)對(duì)自由基對(duì)的動(dòng)力學(xué)演化產(chǎn)生影響,我們利用氮-空位中心電子自旋探針對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。自由基對(duì)具有亞納米尺寸,可以起到信號(hào)放大的作用,使得該方案有望達(dá)到較高的空間分辨率。同時(shí),金剛石中氮-空位中心電子自旋探針具有較高的... 

【文章來(lái)源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：120 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
        1.1.1 量子計(jì)算
        1.1.2 量子傳感
    1.2 量子信息基本概念
        1.2.1 量子比特
        1.2.2 量子邏輯門(mén)
        1.2.3 量子糾纏
    1.3 量子信息處理的物理實(shí)現(xiàn)
        1.3.1 金剛石氮-空位中心
        1.3.2 碳納米管雙量子點(diǎn)
    1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排
第二章 基于氮-空位中心和自由基對(duì)分子的磁掃描顯微成像方案
    2.1 研究背景
    2.2 理論模型
        2.2.1 自由基對(duì)
        2.2.2 基于氮-空位中心的自由基對(duì)反應(yīng)速率測(cè)量
    2.3 復(fù)合探針磁掃描顯微成像方案
        2.3.1 方案設(shè)計(jì)
        2.3.2 方案性能分析
        2.3.3 噪聲影響分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 基于碳納米管雙量子點(diǎn)的磁共振譜測(cè)量方案
    3.1 研究背景
    3.2 理論模型
        3.2.1 綴飾谷自旋量子比特與外場(chǎng)的耦合
        3.2.2 系統(tǒng)哈密頓量及動(dòng)力學(xué)演化
        3.2.3 隧穿電流通道
    3.3 磁共振譜測(cè)量方案
        3.3.1 振蕩磁場(chǎng)特征譜測(cè)量
        3.3.2 單分子磁共振譜測(cè)量
    3.4 實(shí)驗(yàn)方案分析
        3.4.1 噪聲影響分析
        3.4.2 雙量子點(diǎn)不對(duì)稱性影響分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 基于氮-空位中心和碳納米管雙量子點(diǎn)的量子計(jì)算方案
    4.1 研究背景
    4.2 理論模型
        4.2.1 系統(tǒng)哈密頓量
        4.2.2 量子輸運(yùn)主方程
    4.3 氮空位中心電子自旋量子糾纏態(tài)制備
        4.3.1 量子糾纏穩(wěn)態(tài)
        4.3.2 動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程
        4.3.3 噪聲影響分析
    4.4 可擴(kuò)展單向量子計(jì)算方案
    4.5 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文



本文編號(hào)：3166872