基于碳材料的自旋量子信息理论研究

发布时间：2021-04-29 04:49

　　量子信息科学是量子力学、信息科学等多个学科的新兴交叉学科,其利用具有量子特性的量子体系或复合量子体系实现信息的测量、处理和传输,分别对应量子传感、量子计算和量子通信。近十多年中,人们对量子信息科学进行了大量的研究,并取得了许多重要成果。在可实现量子信息处理的物理体系中,金刚石氮-空位中心电子自旋具有优越的量子相干性,碳纳米管中的量子点具有较好的可扩展性。这些优点使这两种基于碳材料的固态自旋量子体系成为实现量子信息技术的重要物理载体。在本论文中,我们利用这两种基于碳材料的固态自旋量子体系,设计了两种高灵敏度、高空间分辨率的量子传感方案,并利用这两种碳材料的量子自旋复合体系提出了可扩展的固态量子计算方案。本论文的主要内容和创新点可以归纳为:1.我们提出了基于金刚石氮-空位中心电子自旋探针和自由基对的复合扫描隧道显微成像方案。自由基对分子与待探测的目标自旋通过相互作用进行耦合,该耦合会对自由基对的动力学演化产生影响,我们利用氮-空位中心电子自旋探针对其进行测量。自由基对具有亚纳米尺寸,可以起到信号放大的作用,使得该方案有望达到较高的空间分辨率。同时,金刚石中氮-空位中心电子自旋探针具有较高的... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：120 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 量子计算
        1.1.2 量子传感
    1.2 量子信息基本概念
        1.2.1 量子比特
        1.2.2 量子逻辑门
        1.2.3 量子纠缠
    1.3 量子信息处理的物理实现
        1.3.1 金刚石氮-空位中心
        1.3.2 碳纳米管双量子点
    1.4 本论文的结构安排
第二章 基于氮-空位中心和自由基对分子的磁扫描显微成像方案
    2.1 研究背景
    2.2 理论模型
        2.2.1 自由基对
        2.2.2 基于氮-空位中心的自由基对反应速率测量
    2.3 复合探针磁扫描显微成像方案
        2.3.1 方案设计
        2.3.2 方案性能分析
        2.3.3 噪声影响分析
    2.4 本章小结
第三章 基于碳纳米管双量子点的磁共振谱测量方案
    3.1 研究背景
    3.2 理论模型
        3.2.1 缀饰谷自旋量子比特与外场的耦合
        3.2.2 系统哈密顿量及动力学演化
        3.2.3 隧穿电流通道
    3.3 磁共振谱测量方案
        3.3.1 振荡磁场特征谱测量
        3.3.2 单分子磁共振谱测量
    3.4 实验方案分析
        3.4.1 噪声影响分析
        3.4.2 双量子点不对称性影响分析
    3.5 本章小结
第四章 基于氮-空位中心和碳纳米管双量子点的量子计算方案
    4.1 研究背景
    4.2 理论模型
        4.2.1 系统哈密顿量
        4.2.2 量子输运主方程
    4.3 氮空位中心电子自旋量子纠缠态制备
        4.3.1 量子纠缠稳态
        4.3.2 动力学演化过程
        4.3.3 噪声影响分析
    4.4 可扩展单向量子计算方案
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文



本文编号：3166872