【摘要】：快速、精準(zhǔn)的量子態(tài)制備和操控是當(dāng)前量子信息處理和量子計(jì)算領(lǐng)域中極為關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題,在量子信息、量子通信、量子測(cè)量以及量子傳感中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。量子絕熱過(guò)程因其穩(wěn)定性好的特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。但其過(guò)長(zhǎng)操作時(shí)間會(huì)使退相干效應(yīng)對(duì)量子性的破壞顯著增加。為此,人們近年來(lái)提出了“量子絕熱捷徑”技術(shù),用以加快絕熱演化,即使系統(tǒng)在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到量子絕熱過(guò)程同樣的動(dòng)力學(xué)演化結(jié)果。本論文主要選取原子或離子內(nèi)態(tài)和量子點(diǎn)自旋作為量子比特的物理載體,研究等效二能級(jí)及多能級(jí)體系中量子絕熱捷徑技術(shù)及其在量子態(tài)的相干操控及制備中的應(yīng)用。取得的成果如下:一、利用量子無(wú)摩擦動(dòng)力學(xué)研究三能級(jí)體系中的受激拉曼絕熱通道。在大失諧和單光子共振兩種情況下,通過(guò)將三能級(jí)約化至等效二能級(jí)模型系統(tǒng),將反絕熱躍遷項(xiàng)等效為拉曼光場(chǎng)的修正,從而得到了實(shí)驗(yàn)上可行的受激拉曼絕熱捷徑通道方案,并得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。二、針對(duì)稀土離子體系,結(jié)合基于含時(shí)Lewis-Riesenfeld量子不變量的反控制法與優(yōu)化算法設(shè)計(jì)了量子絕熱捷徑脈沖來(lái)高保真地操控頻譜緊密分布的量子比特。針對(duì)頻率失諧量和拉比頻率上的擾動(dòng)進(jìn)行了優(yōu)化,在保證魯棒性的同時(shí)避免了非共振離子的激發(fā)對(duì)特定頻率量子比特的干擾。三、通過(guò)將演化算符與四維旋轉(zhuǎn)相類比將四能級(jí)哈密頓量實(shí)部和演化算符參數(shù)化,研究了四能級(jí)系統(tǒng)中量子絕熱捷徑技術(shù)的反控制方法。并結(jié)合冷原子、光晶格和量子點(diǎn)體系,例舉了常見的三種結(jié)構(gòu) N型、倒三腳架型以及鉆石型情況,實(shí)現(xiàn)了短時(shí)間內(nèi)量子態(tài)的任意操控。四、研究了強(qiáng)自旋軌道耦合作用下雙量子點(diǎn)系統(tǒng)中的單電子自旋態(tài)的轉(zhuǎn)移。應(yīng)用上述四能級(jí)量子絕熱操控方案,并考慮了實(shí)際中電場(chǎng)的擾動(dòng)對(duì)自旋操控的影響,設(shè)計(jì)自旋軌道耦合強(qiáng)度變化,最終實(shí)現(xiàn)了短時(shí)間內(nèi)雙量子點(diǎn)間電子的輸運(yùn)及自旋態(tài)翻轉(zhuǎn)。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O413;TP38

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本文編號(hào)：2689689