【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(nèi)外物理學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注。近年來隨著固態(tài)量子計算的提出和實(shí)驗(yàn)上微小器件的不斷發(fā)展,量子力學(xué)效應(yīng)會在介觀系統(tǒng)中逐漸占據(jù)主導(dǎo)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(xué)詮釋和量子信息應(yīng)用的關(guān)鍵所在,研究系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用產(chǎn)生的退相干和弛豫過程有利于我們實(shí)現(xiàn)量子計算和量子操控。但是在實(shí)際系統(tǒng)中,因?yàn)榱孔酉到y(tǒng)和外界環(huán)境(包括探測器)不可避免的耦合會導(dǎo)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(xué)以及進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)量子操控抑制退相干已經(jīng)成為量子信息和量子計算的重要研究內(nèi)容之一。本論文旨在探究介觀雙量子點(diǎn)系統(tǒng)的電子輸運(yùn)特性,在理論上運(yùn)用量子點(diǎn)接觸探測器并且結(jié)合全計數(shù)統(tǒng)計理論拓展了附加Bloch矢量的方法來研究雙量子點(diǎn)系統(tǒng)在兩種不同的環(huán)境中與探測器耦合的動力學(xué)方程,進(jìn)而求出輸出的電流、法諾因子和平均等待時間等動力學(xué)性質(zhì)。通過研究發(fā)現(xiàn),在耗散的環(huán)境中,非對稱結(jié)構(gòu)的Fano因子隨著退相干速率的增大而增強(qiáng),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(xué)channel blockade和量子相干效應(yīng)。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(qiáng)的趨勢,這很大程度上歸結(jié)于量子Zeno效應(yīng)。再者,研究結(jié)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(yīng)關(guān)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(diǎn)系統(tǒng)和環(huán)境以及探測器相互作用的動力學(xué)性質(zhì)開展相關(guān)的研究工作,重點(diǎn)研究其中蘊(yùn)含的豐富的物理機(jī)制和電子輸運(yùn)特性。本論文的主要內(nèi)容以及結(jié)構(gòu)如下:第一章主要介紹了雙量子點(diǎn)系統(tǒng)的研究背景和現(xiàn)狀,并且分別介紹了雙量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)、遂穿效應(yīng)、庫侖阻塞效應(yīng)等顯著的特性,以及量子點(diǎn)在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、發(fā)光材料方面的研究意義。第二章是本文的理論基礎(chǔ),主要介紹了雙量子點(diǎn)系統(tǒng)量子輸運(yùn)和量子測量的理論,進(jìn)一步介紹S.A.Gurvitz的幾率演化方程方法的提出和應(yīng)用,論述了雙量子點(diǎn)系統(tǒng)中電子輸運(yùn)的基本物理機(jī)制以及系統(tǒng)與探測器耦合情況下的動力學(xué)方程。在第二章的最后介紹了全計數(shù)統(tǒng)計的方法和理論,還有有關(guān)散粒噪音的理論及其由來。第三章我們對已有的關(guān)于量子測量的主方程進(jìn)一步的推導(dǎo)并提出了附加Bloch矢量的方法來表征系統(tǒng)的動力學(xué)過程。計算了耗散環(huán)境下雙量子點(diǎn)與探測器耦合的動力學(xué)方程,分析了馳豫速率和退相干速率對系統(tǒng)動力學(xué)的影響,證實(shí)了環(huán)境的弛豫過程導(dǎo)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(diǎn)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(xué)性質(zhì)不同,從而使得介觀半導(dǎo)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(yīng),庫倫阻塞效應(yīng)等。第四章繼續(xù)運(yùn)用附加Bloch矢量的方法對在純退相的環(huán)境下雙量子點(diǎn)系統(tǒng)與環(huán)境耦合的動力學(xué)性質(zhì)進(jìn)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(jìn)一步對探測器與系統(tǒng)的影響及其物理機(jī)制進(jìn)行了探討。第五章是對前面幾章的工作進(jìn)行了總結(jié),并對下一步的工作進(jìn)行了展望。在實(shí)驗(yàn)上可以選擇和調(diào)整其他參數(shù),如雙量子點(diǎn)系統(tǒng)之間的耦合強(qiáng)度,外激光場的強(qiáng)度,外加磁場的強(qiáng)度等來獲得不同程度的量子相干效應(yīng)以及電子在量子點(diǎn)內(nèi)的滯留時間,我們預(yù)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(jìn)行量化。通過介觀雙量子點(diǎn)電子輸運(yùn)特性的理論研究增進(jìn)對量子效應(yīng)以及物理機(jī)制的理解,并為量子計算,量子操控以及量子糾纏在實(shí)踐中的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。此外,也為以后采用分子體系實(shí)現(xiàn)量子計算奠定很好的理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O413

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 楊曦;介觀量子點(diǎn)系統(tǒng)中自旋熱電輸運(yùn)性質(zhì)研究[D];清華大學(xué);2015年

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

本文編號：2782521