多能级量子系统中相干布居数的绝热捷径操控及其应用

发布时间：2020-05-31 10:07

【摘要】：快速、精准的量子态制备和操控是当前量子信息处理和量子计算领域中极为关注的热点问题,在量子信息、量子通信、量子测量以及量子传感中具有潜在的应用价值。量子绝热过程因其稳定性好的特点而得到了广泛的应用。但其过长操作时间会使退相干效应对量子性的破坏显著增加。为此,人们近年来提出了“量子绝热捷径”技术,用以加快绝热演化,即使系统在较短时间内达到量子绝热过程同样的动力学演化结果。本论文主要选取原子或离子内态和量子点自旋作为量子比特的物理载体,研究等效二能级及多能级体系中量子绝热捷径技术及其在量子态的相干操控及制备中的应用。取得的成果如下:一、利用量子无摩擦动力学研究三能级体系中的受激拉曼绝热通道。在大失谐和单光子共振两种情况下,通过将三能级约化至等效二能级模型系统,将反绝热跃迁项等效为拉曼光场的修正,从而得到了实验上可行的受激拉曼绝热捷径通道方案,并得到了实验验证。二、针对稀土离子体系,结合基于含时Lewis-Riesenfeld量子不变量的反控制法与优化算法设计了量子绝热捷径脉冲来高保真地操控频谱紧密分布的量子比特。针对频率失谐量和拉比频率上的扰动进行了优化,在保证鲁棒性的同时避免了非共振离子的激发对特定频率量子比特的干扰。三、通过将演化算符与四维旋转相类比将四能级哈密顿量实部和演化算符参数化,研究了四能级系统中量子绝热捷径技术的反控制方法。并结合冷原子、光晶格和量子点体系,例举了常见的三种结构 N型、倒三脚架型以及钻石型情况,实现了短时间内量子态的任意操控。四、研究了强自旋轨道耦合作用下双量子点系统中的单电子自旋态的转移。应用上述四能级量子绝热操控方案,并考虑了实际中电场的扰动对自旋操控的影响,设计自旋轨道耦合强度变化,最终实现了短时间内双量子点间电子的输运及自旋态翻转。
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O413;TP38

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