导读:本文包含了固态量子比特论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:氮空位中心,多比特,动力学解耦,单次读出
固态量子比特论文文献综述
邢健[1]（2018）在《固态自旋体系多量子比特的探测与操控》一文中研究指出随着信息学发展,近年来大数据,人工智能等研究的深入,对信息处理速度的要求变得越来越高,人们意识到使用经典算法的经典计算机终会达到它的极限。要解决计算资源不足的问题,人们开始寻找新算法和新的计算机体系,其中量子计算在诸多研究方向中是非常有前景的一支。基于量子力学原理的量子算法包括因数分解、搜索算法等在密码学及优化问题上有着非常重要的应用价值。量子计算的研究也促进了量子模拟、量子传感和量子通信等领域的蓬勃发展多量子比特的探测与操控是量子计算,量子模拟和量子传感共同的核心问题。针对不同的物理体系,需要发展对应的多量子比特操控策略。金刚石氮空位中心体系是一个室温下的固态自旋量子体系,具备超长的相干时间、便捷的光学读出以及微波操控,是发展室温固态量子计算的优秀载体。并且氮空位中心周围随机分布的自然丰度的~(13)C核自旋也可作为量子比特,为量子系统的扩展提供了可能性。本文以金刚石氮空位中心电子自旋以及其周围的~(13)C核自旋构成多比特系统,并针对该系统进行了多比特量子操控的实验研究。由于多比特实验系统中,核自旋的操控速度一般较慢,对样品的荧光收集效率,微波操控效率以及电子的相干时间提出了更高的要求。我们优化了实验样品的制备技术,通过对氮空位中心的精确定位以及对离子束刻蚀系统控制方法的改进,大大提高了制备固态浸没透镜的效率及效果。在微波控制方面,通过Ω形共面波导天线的制备,在很大程度上提高了微波操控效率。接下来,我们通过动力学解耦技术,对氮空位中心多比特体系中的核自旋分布进行了探测,并对其中核自旋与电子自旋的耦合参数进行了测量,发现了多个耦合强度在kHz量级的~(13)C核自旋。这也就意味着,我们可以借助电子自旋,对大量的弱耦合核自旋进行操控,为可拓展量子计算提供了新的思路。氮空位中心电子与核构成的多比特系统中,虽然电子可以通过激光脉冲非常方便地读出,但核自旋由于多数情况下与电子的耦合较弱,很难做到单次读出。我们创造性地利用了动力学解耦序列,结合弱测量的理论,对电子附近的一个弱耦合核自旋进行了单次读出。这种单次读出的方法不仅是对弱耦合核自旋具有普适性,而且对实验中的脉冲操作误差具有很强的鲁棒性。最后在氮空位中心电子的叁能级体系中,我们演示了对熵不确定性关系的验证。熵不确定性关系是量子力学中不确定性关系的延伸,通过验证多维测量的熵不确定性关系,我们可以得到对量子理论更深入的理解。我们对氮空位中心电子及核自旋的多比特实验研究,包括对电子自旋核自旋耦合参数的测量,对核自旋的操控以及对核自旋量子态的单次读出等,为通过核自旋实现可拓展量子计算打下来坚实的基础。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》期刊2018-06-01）
耿建培[2]（2017）在《基于固态自旋量子比特的高保真度量子逻辑门的实验研究》一文中研究指出量子计算作为一种新型的信息处理方式,利用量子力学的原理,能够有效处理如大数分解等很多经典计算难以解决的问题。要实现实用的大规模量子计算,需要通过纠错编码的方式实现容错量子计算,这要求实现的量子逻辑门的保真度高于某个容错阈值。容错阈值对量子逻辑门的保真度的要求是很苛刻的,以surface code为例,一般认为其要求量子逻辑门的保真度需达到0.99以上。而物理体系的量子特性极易受到噪声的影响,如何在噪声影响下实现高保真度的量子逻辑门,成为很多体系实现量子计算的一个重大挑战。我们基于量子计算的一个重要候选体系——金刚石NV色心,实验研究能够抑制噪声进而实现高保真度量子逻辑门的方法,并在金刚石NV色心体系实现了保真度高达0.99995的单比特量子逻辑门和保真度0.992的两比特量子逻辑门。这些量子逻辑门保真度不仅达到了 surface code对保真度的阈值要求,而且是目前为止固态自旋体系量子逻辑门保真度的最高水平。本论文的主要内容是介绍我们在金刚石NV色心体系进行高保真度量子逻辑门的实验研究的主要成果,主要包括以下叁个工作:1.实验验证和实现动力学纠错量子逻辑门。我们通过动力学纠错量子逻辑门,国际上首次将实现量子逻辑门过程中对噪声的抑制水平达到6阶,并将可用于施加量子逻辑门的相干时间突破T_2极限,达到T_(1ρ)极限。2.实现保真度达到容错阈值要求的普适量子逻辑门。我们发展了新型组合脉冲、最优控制、波形校准等方法和技术,在室温大气下~(13)C自然丰度的金刚石中的NV色心体系实现了保真度高达0.99995的单比特量子逻辑门和保真度0.992的两比特量子逻辑门。3.实验实现时间最优的普适量子逻辑门。我们将量子最速降线方程应用于金刚石NV色心体系,国际上首次以时间最优的方式实现了普适量子逻辑门,实现的量子逻辑门不仅保真度高达0.99,而且时间比常规方法显着缩短。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2017-02-01）
张玉光[3]（2014）在《半导体固态量子比特和动力学蒙特卡罗模拟》一文中研究指出电荷和自旋是电子两个重要的内禀属性。半导体自旋电子学正是利用半导体中的电子自旋和电荷两个自由度,对信息进行加工处理。在半导体材料中引入各种缺陷,例如掺杂磁性原子或者产生空位复合体等,使得体系能够产生电子自旋态。通过对电子自旋态的产生、注入以及输运的控制,半导体将展示许多新颖的功能。在密度泛函理论的框架下,我们使用第一性原理计算来研究两类不同的物理量：固态量子比特和磁性杂质的扩散动力学。对于前者,我们致力于寻找能够作为量子比特候选者且具有类似于金刚石NV-1色心的量子性质的深能级缺陷中心。对于后者,我们运用动力学蒙特卡罗(KMC)模拟来研究替位式的Mn原子(MnGa)在稀磁半导体Ga1-xMnxAs中的扩散与聚集。本论文的主要研究成果可以总结如下。(1)发展了结合平均场理论和分子轨道理论的方法来研究半导体缺陷中心的电子自旋性质。基于第一性原理计算,我们研究了金刚石OV色心的自旋极化缺陷能级,形成能,位形坐标图和电子自旋相干时间。根据分子轨道理论,利用投影算符技巧构建了具有C3v,对称性的金刚石OV色心的分子轨道。利用这些分子轨道,分析了OV0色心的缺陷能级特征,并且发现它具有一个S=1的叁重基态和四个自旋保留的激发态。通过计算OV色心在不同价态下的形成能,可以得出OV0色心在p型的金刚石中是稳定的。根据位形坐标图,得到OV0色心在基态和激发态之间的光吸收,光发射和零声子线的能量。此外,我们估计了OV0色心在T=0K下的电子自旋相干时间。这些结果证明了OV0色心类似于金刚石NV-1色心,是另一个潜在的量子比特候选者,同样可以运用于自旋相干操作和量子比特运算。(2)类似地,我们研究了单层h-BN中CBVN和NBVn色心在不同价态下的能量稳定性和电子结构。根据分子轨道理论,利用投影算符技巧构建了具有C2v对称性的CBVN和NBVN色心的分子轨道。利用这些分子轨道,分析了CBVN和NBVN色心在不同价态下的缺陷能级特征,并且发现CBVN0和NBVN+1色心各自具有一个S=1的叁重基态和一个自旋保留的激发态。通过计算CBVN和NBVN色心在不同价态下的形成能,可以得出CBVN0和NBVN+1色心分别在n型和p型的单层h-BN中是稳定的,并且都是顺磁缺陷中心。此外,我们也估计了CBVN0和NBVN+1色心在T=0K下的电子自旋相干时间。这些结果同样证明了CBVN0和NBVN+1色心也都非常合适于实现自旋量子比特操作。(3)运用KMC模拟来研究稀磁半导体Ga1-xMnxAs在生长后的热处理过程中的微观结构演化。通过第一性原理计算,我们得到了最近邻和次近邻的MnGa-MnGa和MnGa-VGa的结合能。另外,运用爬坡弹性带方法(CI-NEB)计算了Ga和Mn原子在GaAs中的跃迁势垒。将计算得到的结合能和跃迁势垒作为KMC模拟的输入参数,研究了微观结构的演化。我们发现长时间的微观结构演化的背后机制是Ga空位调节MnGa原子在Ga子晶格上进行扩散,这种扩散会导致MnGa原子的聚集。而且,退火温度越高,越容易形成MnGa团簇。在较高温度下,长时间的退火热处理会导致MnGa团簇尺寸的增大和浓度的下降。大团簇的产生进一步地暗示着第二相MnAs的形成。高温退火还会使得MnGa团簇之间的平均距离变大,进而削弱了MnGa团簇之间的铁磁相互作用。因此,MnGa原子的聚集会导致居里温度的降低。(本文来源于《华东师范大学》期刊2014-09-01）
陈爱民[4]（2011）在《固态量子比特中的量子信息和量子计算：多量子比特操作》一文中研究指出量子信息是指在物理系统的量子态中所保存的物理信息。量子信息最基本的单元是量子比特，这是一个二能级的量子系统。但是，与经典信息的分离态不同，量子比特系统可以处于两个态的迭加态。量子计算最吸引人的研究方面可能就是它可以比较好的探测量子和经典世界的分界，所涉及到的结构越宏观越好。超导量子线路是目前研究的一个热点，一方面是因为它们开启了一个基础科学研究的新领域，另一方面是因为人们普遍认为它们在量子计算方面具有很大的潜力。本论文首先对超导体做一个简单的介绍，指出超导体能作为量子比特工作的两个基本特征：磁通量子化和约瑟夫森隧穿。此外，介绍目前研究较多的叁种超导量子比特：电荷量子比特、磁通量子比特和相位量子比特。近年来，人们在广泛领域中对量子系统的纠缠展开了集中的讨论。为了研究纠缠在量子现象中的重要作用，人们考虑了各种可能的系统，如量子相变，多体效应，量子信息过程以及量子输运等。在系统的绝热周期演化过程中，也就是系统的哈密顿量随时间的变化十分缓慢并且最终回到其最初形式的过程中，纠缠会影响系统的几何相（Berry相）。对两体系统几何相的研究已经展开，人们比较感兴趣的是复合系统的几何相，因为它可以应用到量子信息执行过程中。究竟子系统的相互作用是怎样对复合系统的纠缠和几何相产生影响的，而两量子比特系统中纠缠和几何相又存在怎样的关系是人们关心的重要问题之一。本论文中，通过考虑由两个有相互作用的量子比特组成的复合系统，重点讨论相互作用对系统本征态的几何相和纠缠的关系的影响。为此，在量子比特之间引入XXZ型交互作用，并计算这种相互作用对在缓慢旋转外场驱动下两量子比特系统的几何相和纠缠行为的影响。结果表明，当相互作用强度改变时，系统本征态的几何相和纠缠之间以一种独特的方式相互关联。最后，分析各向异性相互作用在几何相和量子纠缠关系中所起的作用。量子门操作是描述量子态演化的幺正算子，它是量子计算的核心操作。单量子比特和两个量子比特的门操作已经在各种量子系统中得到了实现。所谓的受控门操作，即依赖于控制量子比特的门操作。在两量子比特受控门操作中，实现目标态翻转的操作叫做受控非门（CNOT）操作。在本论文中，通过考虑一个相互作用的两量子比特系统的有效哈密顿量，引入受控量子振荡，并通过调节系统的参数区域予以实现。与传统的基于几个单量子门操作的组合来实现两量子比特门操作的方案相比，可控的受控量子振荡使得目标门操作能够在一步内完成。本论文研究怎样以一种可控而精确的方式来操作受控量子振荡以实现受控门操作。为了更清楚地讨论量子门操作中受控量子振荡的实现，本文采用在存在外加含时场时的旋转波近似（RWA），这就要求必须抓住基于受控量子振荡的受控量子门操作的物理本质。在共振频率下，受控拉比和非拉比振荡可以展现两量子比特系统的含时动力学的特征。通过理论计算得出实现受控门操作的受控振荡频率匹配条件。结果表明CNOT门操作和对应的操作时间是可控的，并且门操作的精度非常高。数值计算结果与理论分析完全吻合。受控量子振荡和它们的频率同步可以应用于固态多量子比特系统各种量子门操作中，如Toffoli和Fredkin门等。在由超导磁通量子比特组成的多量子比特系统中，由于量子比特之间存在强的相互作用，直接构造Toffoli门比用通用门来构造速度更快。在本论文中，还研究了通过在叁个有Ising相互作用的超导磁通量子比特上加入外场来得到Toffoli门操作的方法。(本文来源于《重庆大学》期刊2011-12-01）
李增朝[5]（2009）在《固态量子比特退相干和消纠缠研究》一文中研究指出近年来,量子计算己成为量子力学和计算机科学的交叉的活跃学科。由于相干的数据处理能力,使得量子计算受到物理学和信息科学领域中科研人员的热切关注。基于固态量子比特的量子计算因其可集成性和良好的可控性以及读取性能,因而被认为是最有可能实现量子计算机的方案。研究固态量子比特的退相干和纠缠等相关问题,成为了近年来量子计算领域中的热点问题之一。本文主要研究了双量子点电荷量子比特等几种固态量子比特模型的退相干和消纠缠。第一章,我们简要介绍了固态量子比特的几种实现方案。第二章,我们在一般框架内给出了退相干和纠缠理论,并介绍了处理包括退相干和纠缠在内的开放量子系统的问题的量子主方程的方法。在第叁章中,我们采用主方程的方法分别研究了双量子点电荷量子比特耦合于环境:压电声子库(PCPB)、变形声子库(DCPB)、欧姆库以及次欧姆库、超欧姆库情况下的退相干的演化情况,验证了当环境为PCPB和DCPB时,量子比特的退相干时间远小于实验结果的观点,并且提出欧姆库可能是引起双量子点电荷量子比特退相干的主要机制。在第四章,通过数值计算方法,我们研究了含时外场控制的开放量子比特的相干性的演化情况,分析了驱动外场的振幅和频率的变化对量子比特退相干的影响,指出量子比特的退相干受到的振幅的影响是比较大的,而且影响是不单调的,相反频率对退相干的影响并不明显。在第五章,我们采用主方程的方法,系统地研究了耦合于独立环境(相同或者不同)以及共同环境的两个相互作用的量子比特的纠缠的演化情况。我们得到了处于不同初态:最大纠缠态、一般纠缠态、直积态的量子比特在不同温度,不同耗散强度下的纠缠动力学,指出环境通常对两体纠缠的破坏作用和在某些条件下的积极作用;以及观察到了纠缠产生,死亡以及在T=0K伴随恒定振幅微小振荡的稳态纠缠的新物理现象,并且指出真空振荡可能是产生该现象的主要原因。最后一章,我们对本文做了总结,并给出几点展望。(本文来源于《宁波大学》期刊2009-04-13）
李志强[6]（2008）在《若干固态量子比特模型的退相干和消纠缠研究》一文中研究指出1994年,Shor提出了一种特殊的算法可以将大数有效的进行因数分解。这一算法的提出引起了学术界的极大震动。因为它直接地威胁了现今世界上广泛采用的RSA公钥密码体系的安全性,如果这一算法得以真正实施,银行等系统将变得无密可保。但实现这一算法必须要使用量子计算机,量子比特是量子计算机的基本构成单元。探索理想量子比特的物理实现引起了众多科学家的兴趣,在众多的量子比特实现方案中,固态量子比特被认为是最有可能实现量子计算机的方案。研究固态量子比特的退相干和消纠缠是近年来量子计算领域的热点问题之一。本文主要研究了几种固态量子模型中的退相干和消纠缠情况。首先用主方程的方法分析了两个量子比特模型,第一个模型为Josephson电荷量子比特模型,我们分析了该模型的约化密度矩阵非对角矩阵元ρ1 2的演化情况。得到的结果与前人的结果相比偏差很小,且我们得到的退相干时间要比实验结果长,证明了Josephson电荷量子比特有足够长的相干时间可以满足量子计算机的要求,又说明主方程中的Markov近似对整个结果的影响不大,主方程是一个很不错的方法。在第二个模型中,我们继续用主方程的方法分析了一个可调控量子比特模型的退相干和纯度的演化情况,我们首先分析了主方程中各项的系数,这些系数分别表示了不同的物理含义,分析表明,主方程中含系数D (t )的项起主要作用,我们又研究了系统纯度的演化情况,发现通过外加驱动场可以在一定程度上影响量子比特的退相干时间,并且外加驱动场的振幅和频率对系统的纯度(另一种形式的退相干)均有影响,但振幅对纯度的影响较大,而频率对纯度的影响较小。在第叁个模型中,我们分析了两个以及更多的完全相同的量子比特之间的纠缠演化情况。该模型是一个非精确可解模型。在处理过程中,我们用短时近似的方法得到了表示单量子比特和多量子比特约化密度矩阵演化的Kraus表示形式,继而反复迭代,把短时近似下的结论扩展到一个较长的时间范围。退相干和消纠缠是制约量子计算机实现的最大障碍,本文的研究结果对认识固态量子比特的退相干和消纠缠机制将有所帮助。(本文来源于《宁波大学》期刊2008-04-28）
李新奇[7]（2006）在《固态量子比特的量子测量》一文中研究指出文章介绍了作者用介观输运器件[如量子点接触(QPC)或单电子晶体管(SET)]测量固态量子比特的原理和特性,特别着重地介绍了作者最近在处理被测量子比特和介观测量仪器之间的关联方面的新进展.(本文来源于《物理》期刊2006年01期）
固态量子比特论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
量子计算作为一种新型的信息处理方式,利用量子力学的原理,能够有效处理如大数分解等很多经典计算难以解决的问题。要实现实用的大规模量子计算,需要通过纠错编码的方式实现容错量子计算,这要求实现的量子逻辑门的保真度高于某个容错阈值。容错阈值对量子逻辑门的保真度的要求是很苛刻的,以surface code为例,一般认为其要求量子逻辑门的保真度需达到0.99以上。而物理体系的量子特性极易受到噪声的影响,如何在噪声影响下实现高保真度的量子逻辑门,成为很多体系实现量子计算的一个重大挑战。我们基于量子计算的一个重要候选体系——金刚石NV色心,实验研究能够抑制噪声进而实现高保真度量子逻辑门的方法,并在金刚石NV色心体系实现了保真度高达0.99995的单比特量子逻辑门和保真度0.992的两比特量子逻辑门。这些量子逻辑门保真度不仅达到了 surface code对保真度的阈值要求,而且是目前为止固态自旋体系量子逻辑门保真度的最高水平。本论文的主要内容是介绍我们在金刚石NV色心体系进行高保真度量子逻辑门的实验研究的主要成果,主要包括以下叁个工作:1.实验验证和实现动力学纠错量子逻辑门。我们通过动力学纠错量子逻辑门,国际上首次将实现量子逻辑门过程中对噪声的抑制水平达到6阶,并将可用于施加量子逻辑门的相干时间突破T_2极限,达到T_(1ρ)极限。2.实现保真度达到容错阈值要求的普适量子逻辑门。我们发展了新型组合脉冲、最优控制、波形校准等方法和技术,在室温大气下~(13)C自然丰度的金刚石中的NV色心体系实现了保真度高达0.99995的单比特量子逻辑门和保真度0.992的两比特量子逻辑门。3.实验实现时间最优的普适量子逻辑门。我们将量子最速降线方程应用于金刚石NV色心体系,国际上首次以时间最优的方式实现了普适量子逻辑门,实现的量子逻辑门不仅保真度高达0.99,而且时间比常规方法显着缩短。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
固态量子比特论文参考文献
[1].邢健.固态自旋体系多量子比特的探测与操控[D].中国科学院大学(中国科学院物理研究所).2018
[2].耿建培.基于固态自旋量子比特的高保真度量子逻辑门的实验研究[D].中国科学技术大学.2017
[3].张玉光.半导体固态量子比特和动力学蒙特卡罗模拟[D].华东师范大学.2014
[4].陈爱民.固态量子比特中的量子信息和量子计算：多量子比特操作[D].重庆大学.2011
[5].李增朝.固态量子比特退相干和消纠缠研究[D].宁波大学.2009
[6].李志强.若干固态量子比特模型的退相干和消纠缠研究[D].宁波大学.2008
[7].李新奇.固态量子比特的量子测量[J].物理.2006