多电荷量子比特的相干操控研究
本文关键词：多电荷量子比特的相干操控研究 出处：《中国科学技术大学》2016年博士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：量子比特是实现量子计算的基础单元,相比于超导量子比特、离子阱系统等量子计算体系,固态的量子点有着易于集成和与目前工业化生产相互配套等诸多优点。本论文针对GaAs/AlGaAs多电荷量子比特之间的强电容耦合以及受控的量子逻辑门操作展开实验和理论上的研究。本文主要工作为研究多个电荷量子比特之间的相互耦合,通过理论模拟计算其耦合程度与相干操作保真度的关系,并在实验上实现了两个电荷量子比特的逻辑非门操作和三个电荷量子比特的静态Toffoli逻辑门演示。本论文具体的主要内容为：1.引入量子点体系,通过常相互作用模型对单量子点以及双量子点中的基本概念和现象做了简单介绍。如：电化学势、充电能、库伦阻塞、库伦菱形、蜂窝图等。2.介绍半导体量子点在制备中所需要使用的微纳加工设备以及微纳加工流程。如包括紫外光刻、电子束曝光刻蚀、电子束蒸发镀膜等。还有对测量系统的改造和量子点所使用的GaAs基片的性质的测定做了介绍。3.对单电荷量子比特的性质以及相关的操作做了介绍。如光子辅助隧穿过程、矩形脉冲下的拉莫振荡、LZS干涉效应、微波驱动的拉比振荡以及Ramsey操作过程,使我们全面了解对单电荷量子比特的操作方法。4.我们通过设计双电荷量子比特的结构样品,研究了其两个电荷量子比特之间的耦合调节,从理论计算和实验测量上完成了受控量子逻辑非门的操作并测量了门操作的保真度。5.我们通过对双电荷量子比特的扩展,对三电荷量子比特模型进行了研究,从实验上实现多电荷之间的强耦合,并展示了使用三个电荷量子比特的逻辑门编码.本论文的创新点主要有：1.通过设计双电荷量子比特中一对水平的门电极实现对两个量子比特之间的耦合能量J的连续可调,并且展示了其特性对于不同的电子数目都具有很好的普适性。2.从理论模拟计算了双电荷量子比特之间的耦合能量J对于量子逻辑非门操作的保真度的变化以及对量子比特间纠缠度的影响。3.从实验上实现了双量子比特在强耦合情况下通过脉冲控制的动态量子逻辑非门的操控。在振幅控制的情况下其门操作的保真度达到了68%并展示了通过相位控制的逻辑非门操作。我们得到的保真度与目前国际上半导体双量子比特上的最新结果处于同一水平。4.在三电荷量子比特系统中,实现了量子比特间的强耦合,静态的展示了三电荷量子系统中的受控受控逻辑非门操作,即是Toffoli门操作,目前国际上还没有在半导体体系中报道过三量子比特逻辑门的结果。我们的实验也为多电荷量子计算提供了借鉴作用。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O413
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，本文编号：1326686
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