单量子系统的相干电磁调控电磁场与微波技术专业论文.docxVIP

研究生优秀毕业论文 西南交通大学 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1．必威体育官网网址口，在 年解密后适用本授权书； 2．不必威体育官网网址d使用本授权书。 学位论文作者虢≯辱尹 指导老师虢 日期：仉忆j．乞y 日期：?矿∽ 争．2／乒 f 万方数据 西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确的方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： (一)研究了表面声波驱动下的单电子输运过程，提出用电子在运动量子点中的 最低两个能态编码量子比特，从而实现基本量子逻辑门操作的方法； (二)研究了液氦表面电子的能级结构，发展了基于Stark啁啾绝热演化过程实现 人造氢原子系统中的量子态布居相干转移技术，并运用于确定性地实现基本量子逻辑 门操作； (三)在环境噪声不可忽视的情况下，用唯象理论研究了Stark啁啾绝热过程中量 子态布居相干转移技术的有效性； (四)首次提出用绝热捷径的方法在腔量子电动力学系统中实现光子Fock态的制 备。 敝作者虢≯舒 日期：仞l≯．S，咄 万方数据 西南交通大学博士研究生学位论文 西南交通大学博士研究生学位论文 第l页 摘 要 量子相干调控在过去的几十年引起了广泛关注，并取得了许多显著的研究成果， 特别是在量子信息处理领域，量子相干调控是实现量子计算，量子必威体育官网网址通信的重要手 段。量子相干调控的核心思想是通过改变外界条件，如电场、磁场，将量子系统从初 始态激发到目标态上。一般而言，实现这种对微观物质的控制包括两种方法，一种是 对控制场弛豫时间相当敏感的精确控制方法，如拉比振荡；而另一种是对弛豫时间不 敏感的布居数演化绝热路径方法，如受激拉曼绝热过程。本文将通过对现行物理系统 (运动量子点、液氦表面电子、超导约瑟夫森节、原子与腔相互作用系统)的研究， 利用量子调控的基本方法研究量子计算基本逻辑门的操作，并且制备量子必威体育官网网址通信所 必备的单光子源，研究内容主要如下： 在第二章，我们研究了表面声波输运单个电子的运动过程，当表面声波的波长与 其准一维运动通道的长度相近时，表面声波束缚单个电子而势阱可以看成是一个运动 量子点，’而处于其势阱中的电子具有量子化能级。我们提出利用运动量子点最低两个 能级来编码量子比特，从而实现量子计算。对于单量子比特逻辑门操作，我们通过精 确控制静电场的势能，使电子在最低两个能级之间产生拉比振荡，从而实现布居数的 反转。对于两量子比特，我们通过在不同准一维通道中邻近运动量子点之间的库伦相 互作用来实现基本的i-swap门操作。而对于量子信息的读出，我们可以利用实验上首 次观测单电子隧穿效应的方案来实现。 在第三章，我们研究了液氦表面电子的束缚过程，提出用Stark啁啾绝热过程实现 液氦表面电子的量子相干调控。不同于Planzman等人提出的用精确控制外场弛豫时间 的方法实现量子逻辑门的操作，Stark啁啾绝热过程在实现量子逻辑门操作中，对外场 弛豫时间并不敏感，并且能更有效地实现布居数的完全反转。我们同样用电子在束缚 势中的最低两个能级编码量子比特，并且利用电子之间的库伦相互作用实现了基本的 i-swap f-j。一般Stark啁啾绝热过程的实现需要在绝热条件限制下才能实现，但是在一 定的控制场下，我们研究了在绝热条件违背的情况下，Stark啁啾非绝热过程同样能实 现量子逻辑门的基本操作。 在第四章，我们研究了耗散对量子相干调控的影响。以Stark啁啾绝热过程实现超 导约瑟夫森节的基本量子逻辑门操作为例，我们研究了实际存在的耗散效应是怎样影 万方数据 第1I页 第1I页 西南交通大学博士研究生学位论文 响Stark啁啾绝热过程的调控效率。在系统与环境弱耦合的情况下，Stark啁啾绝热过 程依然可以有效实现量子逻辑门操作，绝热路径之间的跃迁效应对逻辑门操作的影响 很小。但是在强耦合情况下，系统布居数的演化将受到严重破坏。 在第五章，我们研究了原子与单模腔相互作用产生单光子的过程，与利用原子自 发辐射和拉比振荡的方法不同，我们提出用绝热捷径方法有效控制系统布居数的完全 反转。通过引入一个辅助控