基于金刚石固态自旋体系的量子模拟实验研究
发布时间：2021-06-10 09:17
量子力学主要描述物质在微观世界中的规律,与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱。自量子力学诞生以来,人们逐渐认识到定量地描述量子系统是很困难的,尤其是当系统很大的时候。这是因为经典的计算机在模拟量子系统的时候需要的资源是随系统维度指数增长的。为了克服这一困难,需要建造一台基于量子力学原理运行的机器,即量子模拟机。然而对于实际的物理系统,其量子特性十分脆弱,极易受到环境噪声的破坏,要实现精确的控制并不容易。为此,世界上很多顶尖的研究组和科技公司都投入了大量的人力物力,使得量子模拟成为目前国际上最热门的研究领域之一,这也是本论文要探讨的领域。可以实现量子模拟的物理体系也多种多样,其中金刚石固态自旋体系因其易操控、易读出和室温下优异的相干特性,成为实现量子模拟最重要的候选体系之一。近年来,针对金刚石中氮-空位（Nitrogen-Vacancy,NV）色心的量子调控研究不断涌现,已经实现了达到容错阈值的普适量子逻辑门和量子纠错,这为基于NV色心的量子模拟铺平了道路。在本论文中,我们搭建了基于NV色心的光探测磁共振平台,并开展了一系列量子模拟相关的研究工作。分为三个阶段:1.通过对NV电子...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２用于表示量子比特状态的Ｂｌｏｃｈ球面
门（丑）、相位门（Ｓ）和泡利门（Ｘ，Ｆ，Ｚ），右下角为各个各个量子逻辑门对应的操??作形式。??借鉴经典计算理论中的线路图（图１．３ａ），可以用量子线路图表示上述的单比特??量子逻辑门（图１．３ｂ）。??常见的两比特量子逻辑门是控制非门（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ＿ＮＯＴｇａｔｅ，?ＣＮＯＴｇａｔｅ），??其中一个比特是控制比特，根据其状态决定是否对另一个目标比特做翻转操作??（图１．４ａ）。如果控制比特处于｜１〉时才对目标比特做翻转，ＣＮＯＴ门的操作过程??为??＾ｃｎｏｔ｜＇０ｉ）ＩＶ，２）?＝?｜＾１）１＾１?？?＾），?（１．２８）??这里？是模２的加法。［／ＣＮＯＴ矩阵形式为??／?１?０?０?０?＼??０?１０?０??＂ｃｎｏｔ?＝?■?（１．２９）??０?０?０?１??＾?０?０?１?０?ｙ??当然，这里对目标比特的操作可以是上述的任意单比特量子逻辑门（图１．４ｂ）。另??—种常见的两比特量子逻辑门是交换门（ＳＷＡＰ?ｇａｔｅ），顾名思义，ＳＷＡＰ门的效??果是将两个比特的状态交换：??％ｗａｐ丨也〉丨也〉＝丨也〉丨也〉，?（１－３０）??７??
０?１０?０??＾?０?０?０?１?ｙ??ＳＷＡＰ门可以拆解成三个ＣＮＯＴ门（图１．４ｃ）。更一般的，已经证明了，对于任??意的量子逻辑门都可以分解成单比特旋转门和ＣＮ０Ｔ门的组合［７－１０］，这为实现??复杂的量子网络提供了可能。??（ａ）?（ｂ）???Ａ???Ａ???８——一＼＾＿?—??（ｃ）???￥??ＣＤ?ｆ?－＜Ｄ—??—＾——丄ｃｂ…丄—??图１．４两比特量子逻辑门的线路图。（ａ）ＣＮＯＴ门，上下两条线分别表示控制比特和目标比??特。（ｂ）受控｛７门。（ｃ）ＳＷＡＰ门，可以分解成３个级联的ＣＮＯＴ门。??１．１．３．量子态的测量??与经典系统另一个最显著的区别是，量子测量一般情况下会破坏量子态，这??涉及到量子力学的一个基本假设。为了描述量子测量过程，我们可以在待测量??子系统基矢空间中定义一组测量算符丨，这里的ｍ指的是可能的测量结果。??如果待测量子系统处在｜奶，那么测得ｍ的概率是??ｐ（ｍ）?＝?（１．３２）??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Detection of radio-frequency field with a single spin in diamond[J]. Ying Liu,Fei Kong,Fazhan Shi,Jiangfeng Du. Science Bulletin. 2016(14)
本文编号：3222109
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２用于表示量子比特状态的Ｂｌｏｃｈ球面
门（丑）、相位门（Ｓ）和泡利门（Ｘ，Ｆ，Ｚ），右下角为各个各个量子逻辑门对应的操??作形式。??借鉴经典计算理论中的线路图（图１．３ａ），可以用量子线路图表示上述的单比特??量子逻辑门（图１．３ｂ）。??常见的两比特量子逻辑门是控制非门（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ＿ＮＯＴｇａｔｅ，?ＣＮＯＴｇａｔｅ），??其中一个比特是控制比特，根据其状态决定是否对另一个目标比特做翻转操作??（图１．４ａ）。如果控制比特处于｜１〉时才对目标比特做翻转，ＣＮＯＴ门的操作过程??为??＾ｃｎｏｔ｜＇０ｉ）ＩＶ，２）?＝?｜＾１）１＾１?？?＾），?（１．２８）??这里？是模２的加法。［／ＣＮＯＴ矩阵形式为??／?１?０?０?０?＼??０?１０?０??＂ｃｎｏｔ?＝?■?（１．２９）??０?０?０?１??＾?０?０?１?０?ｙ??当然，这里对目标比特的操作可以是上述的任意单比特量子逻辑门（图１．４ｂ）。另??—种常见的两比特量子逻辑门是交换门（ＳＷＡＰ?ｇａｔｅ），顾名思义，ＳＷＡＰ门的效??果是将两个比特的状态交换：??％ｗａｐ丨也〉丨也〉＝丨也〉丨也〉，?（１－３０）??７??
０?１０?０??＾?０?０?０?１?ｙ??ＳＷＡＰ门可以拆解成三个ＣＮＯＴ门（图１．４ｃ）。更一般的，已经证明了，对于任??意的量子逻辑门都可以分解成单比特旋转门和ＣＮ０Ｔ门的组合［７－１０］，这为实现??复杂的量子网络提供了可能。??（ａ）?（ｂ）???Ａ???Ａ???８——一＼＾＿?—??（ｃ）???￥??ＣＤ?ｆ?－＜Ｄ—??—＾——丄ｃｂ…丄—??图１．４两比特量子逻辑门的线路图。（ａ）ＣＮＯＴ门，上下两条线分别表示控制比特和目标比??特。（ｂ）受控｛７门。（ｃ）ＳＷＡＰ门，可以分解成３个级联的ＣＮＯＴ门。??１．１．３．量子态的测量??与经典系统另一个最显著的区别是，量子测量一般情况下会破坏量子态，这??涉及到量子力学的一个基本假设。为了描述量子测量过程，我们可以在待测量??子系统基矢空间中定义一组测量算符丨，这里的ｍ指的是可能的测量结果。??如果待测量子系统处在｜奶，那么测得ｍ的概率是??ｐ（ｍ）?＝?（１．３２）??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Detection of radio-frequency field with a single spin in diamond[J]. Ying Liu,Fei Kong,Fazhan Shi,Jiangfeng Du. Science Bulletin. 2016(14)
本文编号：3222109
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3222109.html
