铁磁-超导体系中磁振子的非经典效应

性能互补的物理体系所构成的混合量子系统集合了不同量子体系的优势,比单一量子系统更适合执行特定的任务.近期,基于磁振子的混合系统以其独特的优势为量子信息科学提供了一系列优质平台.磁振子是磁性材料集体激励所产生的自旋波量子,具有高自旋密度、低耗散速率以及易于调控等优点,并且可以与微波光子、光学光子、声子、超导量子比特等不同的量子体系耦合,展现出良好的兼容性和可扩展性.磁振子与超导量子比特所构成的铁磁-超导系统,集合了磁振子与超导量子比特的互补优势,在理论和实验上得到了广泛研究.本文综述了量子光学领域中铁磁-超导量子系统的发展过程及研究进展,并对该领域的未来发展方向进行展望.     

具有Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的XX模型中的热纠缠

研究两量子比特海森堡XX模型中热纠缠的性质.考虑自旋之间沿X和Y方向的Dzyaloshinskii-Moriya (DM)相互作用,计算出两量子比特之间的共生纠缠度.研究结果表明:对于铁磁和反铁磁这两种情形,沿X和y方向的DM相互作用对热纠缠和临界温度的影响是不同的.因此选择和调整合适的X和Y方向的DM相互作用参数,可...     

线性图态的量子测量与量子门操作的等价性

图态是量子通信和量子计算的重要资源,是一类可以用图形表示的量子纠缠态.针对线性图态,首先,研究二量子比特和三量子比特的线性图态,将它们的量子比特在各自的测量基下展开后发现,对线性图态中量子比特的测量,等价于对其末端的量子比特进行了量子门操作;并且发现,所等效的门操作与测量基的选取有关.于是,通过变换表达式,将等价关系在...     

海森堡自旋链中纠缠的双向传输

提出了一种利用开放海森堡铁磁自旋链为信道双向传输量子纠缠的方案．通过对量子信道施加静态磁场．可以实现自旋链两端纠缠的周期性交换．经过一个交换周期的时间演化后,原本属于孤立量子比特和自旋链某一末端粒子之间的纠缠会转换成该量子比特和自旋链另一末端粒子之间的纠缠．分析了交换行为和自旋链长度、磁场、耦合强度、各向异性常数之间的关系．并讨论了由4个粒子构成的简单系统中类似的纠缠交换行为。     

相干脉冲下磁通量子比特的几何量子计算

首先计算了旋转磁场下自旋1/2粒子的绝热几何相位。用微波电流脉冲控制量子比特,导致量子比特里产生振荡的磁场。这个效应可以通过一个扰动的哈密顿量增加到总哈密顿量里,对哈密顿量进行旋转变换,得到磁通量子比特哈密顿变化的总效果类似于一个自旋1/2粒子在旋转磁场中的行为,进而计算出相干脉冲下磁通量子比特的几何相位,给定参数得到单比特量子逻辑门。最后简述了基于几何相位设计两比特受控非门。     

硅基钠米材料发光特性的研究进展

近年，硅基低维材料物理与工艺的研究预示，硅基光电子学将是今后半导体光电子学的一个主要发展方向，而硅基低维发光材料又将成为半导体光电子集成技术的主要基础材料。随着硅基超晶格、量子阱和多孔硅研究的不断深化以及纳米科学技术的日益发展，硅基发光材料正向纳米方向开拓。本文将主要介绍硅基纳米材料，如采用各种成膜技术在不同衬底表面上制备的高质量纳米硅（ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ）膜，镶嵌在各种介质，如　－Ｓｉ：Ｈ、ＳｉＯ２或ＳｉＮｘ中的纳米晶硅，以及利用自组织生长的Ｇｅ、Ｓｉ以及ＧｅＳｉ纳米量子点的光致发光特性及其最近研究进展。     

横磁场中各向同性XY链的基态纠缠研究

分析了横磁场中各向同性XY自旋链的基态能量和纠缠问题。研究发现,三量子比特系统中存在一个相变点,此点上,基态能量和纠缠可发生量子相变,基态从W态进入非纠缠;而四量子比特系统存在两个相变点,基态的能量和纠缠均可在相变点处发生量子相变,使纠缠性质发生改变。随着磁场强度的增大,基态纠缠逐渐减小,直到完全消失。四比特系统纠缠的减小要比三比特系统纠缠减小的速度缓慢。     

可用作量子比特的一种负价态V_(Si)O_N缺陷中心（英文）

γ相Si_3N_4是一种超硬氮基化合陶瓷材料,在其尖晶石结构中硅原子分别占据四面体于八面体配位格点.基于第一性原理计算,研究了这种材料之中一种氧空位复合体V_(Si)O_N缺陷中心的不同价态下自旋极化的电子结构以及能量稳定性,其中该缺陷中心由四面体配位的硅空位复合紧邻替位氧原子而成.发现负一价态的该缺陷中心V_(Si)O_N~(-1)在p型主体材料中是较为稳定的存在,并满足净自旋S=1的基态三重态,以及低激发能量的自旋守恒跃迁.通过平均场近似,将其在绝对零度下的自旋相干寿命估计为0.4 s,室温下可达毫秒量级.因此理论上表明了V_(Si)O_N~(-1)缺陷中心是可用作量子比特的相干操控的潜在候选者.     

一维量子点阵列自旋链上多比特态的信息传输

利用演化算符作泰勒展开,作用于初态的信息上;使用湮灭算符和其所产生的算符,作用在单比特态上,使一维量子点阵列自旋链上的多比特态量子信息实现完美传输;通过计算初态演化到末态的概率幅,使保真度达到1时实现信息完美传输．结果表明:当相邻量子点之间的交换相互作用和自旋链长度都相同时,保真度传输的比特数越大,传输时间越短．      

双量子点系统中热压作用下的自旋过滤效应

研究与两个金属电极耦合的顺序连接双量子点系统中热压作用下的自旋极化电流.在震荡磁场的作用下,两个量子点之间的耦合强度变得和自旋有关,并对电流的强度和共振峰产生影响.在量子点内库伦相互作用为零时,随着两个量子点中不同自旋方向电子耦合强度差值的增大,自旋朝上的电流出现明显的双峰结构,而自旋朝下电流保持单峰结构,并且强度变弱,使得电流的自旋极化率增大,产生理想的自旋过滤效果.这种现象在器件两端的温度差较小的条件下也能够出现,是设计灵敏、低能耗的热自旋电子学器件的理想情况.量子点内的库伦相互作用会使得电流的峰产生进一步的分裂,从而在更多的量子点能级处出现一种自旋方向的电流为峰值,而一种自旋方向的电流为极小值的情况.通过调整量子点间自旋相关的耦合强度的符号,可以控制能够隧穿通过结构的电子的自旋方向.     

半导体量子点Rabi振荡品质因子及其退相干机制

采用光致发光方法和纳米光谱成像技术,研究了单个半导体量子点中激发态激子的Rabi振荡。观测了在两个延时位相可控的!/2脉冲激发下,激发态激子数随其量子比特位相旋转而振荡的特性。由实验观测结果分析得知此单个半导体量子点量子比特的自由旋转品质因子约为9.8×104,动力旋转品质因子约为18。讨论了激子从浸润层到量子点的俘获过程对Rabi振荡衰减退相干的影响。简要分析了量子点的激子自旋操控和单光子发射统计特性。     

与铁磁导体耦合的量子点中非线性热自旋效应

研究与两个铁磁导体耦合的单个量子点中热梯度产生的纯自旋流。发现热梯度和电子库的铁磁性会在量子点能级离开电子-空穴对称点时产生较强的自旋压。自旋压的大小和方向可以通过改变热梯度的方向来调整。当两个铁磁引线的磁化方向为相互平行时,自旋压的绝对值最小,而当两个引线中的磁矩为反平行时,自旋压的强度会显著增大。     

基于玻色约瑟夫森结的自旋压缩的相干控制

提出了利用人造原子-基于约瑟夫森结的超导量子比特产生自旋压缩的电路模型,给出了系统的有效哈密顿量.在海森堡绘景下,利用冷冻自旋近似方法得到近似解析解,进而分析了系统自旋压缩效应的调控方法.研究表明,通过调节系统粒子数或者耦合强度与有效非线性相互作用强度的比例,均可有效地调控系统的自旋压缩程度和处于自旋压缩态的时间.外场越弱,粒子数越多,系统的自旋压缩程度越强,处于自旋压缩态的时间越长.     

在同核系统上实现一个不需制备有效纯态的量子算法

论文以溶于重水的胞嘧啶中的两个氢的核自旋作为量子比特，直接从热平衡态开始进行Arvind算法，得到了预期结果；在同核系统中实验实现了Arvind算法，谱图中线形扭曲和误差主要是由于频偏效应和选择脉冲的不完美，了解和发展在同核系统中实现核磁共振量子计算的技术, 有助于我们实现实现需要侈个比特的量子计算，更好的理解量子计算。     

硅基光量子芯片上量子调控技术和量子信息应用

硅基集成光量子芯片是研究光量子信息技术与前沿应用的重要平台之一,具有高集成度、高稳定性、强可控性、易扩展性等显著优点.近年来,硅基光量子芯片在多自由度、高维度、多光子、大规模可重构等关键的量子调控器件和技术上,取得了一系列重要的科学进展,并为光量子计算、量子模拟和量子通信等前沿应用的研究,提供了强有力的硬件和技术支撑.本文简要总结硅基光量子芯片上量子调控技术及其量子信息应用的前沿进展.     

一些3-qubit门的合成以及在具有Ising相互作用的3自旋链上的实现

分别讨论了3-qubit SWAP门, Toffoli门, Fredkin门, 3-qubit Inversion-on-equality门和D(α)门的合成和它们在具有Ising相互作用3自旋链上的实现, 给出了实现这些门的脉冲漂移序列. 研究表明, 某些3-qubit门在环型自旋链的实现远优于在线型自旋链上的实现. 研究还表明衡量计算实现复杂性的两种标准并不完全一致. 跳过量子线路的合成, 直接探索多量子比特门乃至更复杂的量子信息工程部件的实现是值得进一步研究的课题.     

与二维电子气耦合的双量子点中的自旋极化输运

研究磁场作用下与左右两个二维电子气耦合的双量子点系统中的自旋极化输运过程.结果发现当两个量子点靠近时,电导中会出现Dicke效应导致的不对称尖峰.随着量子点间的距离增大,Dicke尖峰变宽并向低能级方向移动.当磁场只施加在二维电子气中时,量子点中的电导是自旋无极化的;但是当量子点的能级发生塞曼分裂时,电导中自旋朝上和朝下电导的尖峰在能量空间向相反方向移动,但保持大小不变.计算结果还发现两个量子点能级的差会在电导的Dicke尖峰附近产生额外的谷,并降低尖峰的高度.所研究的结构有望用于自旋过滤或分离装置.     

量子高密度编码原理及其MATLAB仿真

由于没有实际操纵量子比特的条件,MATLAB以其简便的矩阵操纵手段和强大的科学计算功能,成为通信工程人员和在校学生学习量子通信基本原理的良好工具。给出了量子比特及其测定、量子序列、贝尔态基和常用量子逻辑门的MATLAB语言描述。分析了量子高密度编码原理,给出了MATLAB仿真程序。     

硅基半导体中埋置硅量子点的低温生长与发光研究

在硅基半导体中埋置的硅量子点因量子限域效应而具有光致发光的性能,是一种实现硅基光电集成很有前途的材料.文章介绍了此类复合薄膜的可控生长,并对其发光进行了研究.     

密度算子的性质及其应用

在量子力学中,密度算子作为量子系统的混合状态表示,其表达能力和性质得到广泛应用。本文基于矩阵和密度算子基础理论,利用Bloch向量表示单量子比特,得到纯态和混合态的密度矩阵的奇异值分解表达式和幂形式。通过分析密度矩阵的若尔当标准形,得到密度算子的一些特殊性质。利用密度算子的基本性质,通过选取二进制点作为量子比特的基矢,分析了由密度矩阵表示的多量子比特系统中量子叠加态的相干性,并研究了密度算子作为量子态可区分的数学理论。