【摘要】：量子信息和量子計算方面的研究在最近十幾年中得到了國內外物理學術界的高度關注。近年來隨著固態(tài)量子計算的提出和實驗上微小器件的不斷發(fā)展,量子力學效應會在介觀系統(tǒng)中逐漸占據主導作用,這將影響著量子測量、量子計算、量子操控的發(fā)展,尤其是在信息的處理和存儲方面。量子測量問題是量子力學詮釋和量子信息應用的關鍵所在,研究系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用產生的退相干和弛豫過程有利于我們實現(xiàn)量子計算和量子操控。但是在實際系統(tǒng)中,因為量子系統(tǒng)和外界環(huán)境(包括探測器)不可避免的耦合會導致退相干的發(fā)生,量子相干性很難保持。如何描述系統(tǒng)與環(huán)境、探測器之間耦合作用的測量動力學以及進一步實現(xiàn)量子操控抑制退相干已經成為量子信息和量子計算的重要研究內容之一。本論文旨在探究介觀雙量子點系統(tǒng)的電子輸運特性,在理論上運用量子點接觸探測器并且結合全計數統(tǒng)計理論拓展了附加Bloch矢量的方法來研究雙量子點系統(tǒng)在兩種不同的環(huán)境中與探測器耦合的動力學方程,進而求出輸出的電流、法諾因子和平均等待時間等動力學性質。通過研究發(fā)現(xiàn),在耗散的環(huán)境中,非對稱結構的Fano因子隨著退相干速率的增大而增強,隨著弛豫速率的增大而使Fano因子展現(xiàn)出明顯的抑制作用,然而不同的弛豫速率不影響電流的大小。我們還發(fā)現(xiàn)超泊松分布的原因主要來源于動力學channel blockade和量子相干效應。在純退相的環(huán)境中,對稱的Fano因子隨著退相干速率的增大也呈現(xiàn)出顯著增強的趨勢,這很大程度上歸結于量子Zeno效應。再者,研究結果表明平均等待時間的分布和電流的變化趨勢展示出很好的對應關系。本文提供了一種在研究量子測量方面非常有效的方法。本論文一共有五章。主要圍繞著雙量子點系統(tǒng)和環(huán)境以及探測器相互作用的動力學性質開展相關的研究工作,重點研究其中蘊含的豐富的物理機制和電子輸運特性。本論文的主要內容以及結構如下:第一章主要介紹了雙量子點系統(tǒng)的研究背景和現(xiàn)狀,并且分別介紹了雙量子點的結構、遂穿效應、庫侖阻塞效應等顯著的特性,以及量子點在醫(yī)學、生物學、發(fā)光材料方面的研究意義。第二章是本文的理論基礎,主要介紹了雙量子點系統(tǒng)量子輸運和量子測量的理論,進一步介紹S.A.Gurvitz的幾率演化方程方法的提出和應用,論述了雙量子點系統(tǒng)中電子輸運的基本物理機制以及系統(tǒng)與探測器耦合情況下的動力學方程。在第二章的最后介紹了全計數統(tǒng)計的方法和理論,還有有關散粒噪音的理論及其由來。第三章我們對已有的關于量子測量的主方程進一步的推導并提出了附加Bloch矢量的方法來表征系統(tǒng)的動力學過程。計算了耗散環(huán)境下雙量子點與探測器耦合的動力學方程,分析了馳豫速率和退相干速率對系統(tǒng)動力學的影響,證實了環(huán)境的弛豫過程導致了非對稱的Fano因子,討論了不同能量偏壓下的平均電流和Fano因子的特點和規(guī)律。通過在耗散的環(huán)境下量子測量反映出來的動力學性質不同,從而使得介觀半導體器件表現(xiàn)出不同于宏觀器件的量子特性和現(xiàn)象,比如量子Zeno效應,庫倫阻塞效應等。第四章繼續(xù)運用附加Bloch矢量的方法對在純退相的環(huán)境下雙量子點系統(tǒng)與環(huán)境耦合的動力學性質進行了研究,計算并分析了移相速率和退相干速率對平均電流、Fano因子以及平均等待時間分布的影響,進一步對探測器與系統(tǒng)的影響及其物理機制進行了探討。第五章是對前面幾章的工作進行了總結,并對下一步的工作進行了展望。在實驗上可以選擇和調整其他參數,如雙量子點系統(tǒng)之間的耦合強度,外激光場的強度,外加磁場的強度等來獲得不同程度的量子相干效應以及電子在量子點內的滯留時間,我們預測也可以通過測量Fano因子來對環(huán)境的耗散速率和退相干速率進行量化。通過介觀雙量子點電子輸運特性的理論研究增進對量子效應以及物理機制的理解,并為量子計算,量子操控以及量子糾纏在實踐中的應用提供理論指導。此外,也為以后采用分子體系實現(xiàn)量子計算奠定很好的理論基礎。
【學位授予單位】：山東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O413

【參考文獻】

相關博士學位論文 前2條

1 楊曦;介觀量子點系統(tǒng)中自旋熱電輸運性質研究[D];清華大學;2015年

2 劉寶;量子點系統(tǒng)量子關聯(lián)和幾何相點接觸探測的理論研究[D];大連理工大學;2013年

本文編號：2782521