Quanteninformationsverarbeitung und Dekohärenz in festkörperphysikalischen Systemen

固态物理系统中的量子信息处理和退相干

• 批准号: 5180021
• 负责人: Professor Dr. Peter Hänggi
• 金额: --
• 依托单位: Lehrstuhl für Theoretische Physik I
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Priority Programmes
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 1998-12-31 至 2001-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/5180021?language=en
• 关键词: Quanteninformationsverarbeitung; und; Dekoh; renz; festk

Ein wichtiger realisierbarer Meilenstein unseres Forschungsvorhabens betrifft die detaillierte Untersuchung der Dekohärenz bei Gatteroperationen, wenn zwei wechselwirkende Qubits an ein thermisches Bad ankoppeln. Als Modelle betrachten wir die Quanteninformationsverarbeitung in typischen festkörperphysikalischen Systemen. Im einzelnen untersuchen wir die Hamilton-Operatoren von zwei gekoppelten Quantenpunkten, von gekoppelten Josephson-Kontakten und von einem auf Silizium basierenden NMR-System, dem Kane-Schema. Hier wird die Information auf Kernspins von Phosphor-Donatoren kodiert, die in einem Silizium-Kristall entsprechend angeordnet sind. All diese Systeme sind von ähnlicher Struktur: ein Spin-Hamilton-Operator mit einer Spin-Spin-Austauschkopplung. Mittels numerischer ab-initio-Quantensimulationen im Rahmen einer Realzeitpfadintegral-Formulierung und störungstheoretisch daraus abgeleiteten verallgemeinerten Master-Gleichungen für die reduzierte Dichtematrix des zeitabhängigen gekoppelten Quantensystems sollen die charakteristischen Gatterparameter berechnet werden.Begleitend zu den Experimenten des Projekts von Dr. Blick und Dr. Lorenz sollen diese Größen für das nanophysikalische System von Ladungszuständen in zwei gekoppelten Quantenpunkten ausgewertet werden.Eine zweite Fragestellung unseres Projekts betrifft die Kontrolle der Dekohärenz von verschränkten Quantenzuständen. Vorarbeiten zeigen, daß sowohl die kohärente Dynamik einzelner Qubits (ein Zwei-Niveau-System) als auch der Dekohärenzprozeß mittels externer Steuerfelder gezielt manipuliert werden können. So ist es möglich, den Tunnelprozeß (kohärente Dynamik) mittels dynamischer Steuerfelder - unabhängig von der jeweiligen Präparation - praktisch zum Stillstand zu zwingen. Für gewisse Anfangspräparationen können sogar auch noch andere Komponenten der Dichtematrix "eingefroren" werden. Im Falle einer Kopplung des Systems an die Umgebung verlangsamt sich der Dekohärenzprozeß in Gegenwart eines solchen Feldes. Eine (jetzt stationär gewählte) Kopplung zwischen den Qubits bewirkt eine Verschränkung der beiden Ein-Teilchen-Zustände. Wir wollen nun untersuchen, inwiefern ein zusätzliches, geschickt gewähltes zeitlich periodisches und dauerhaft einwirkendes Hintergrundfeld das Dekohärenzverhalten eines verschränkten Zustandes in Gegenwart eines Wärmebades zu manipulieren (bzw. optimieren) vermag. Als charakteristisches Maß für die Dekohärenz betrachten wir die linearisierte Entropie der reduzierten, zeitlich periodischen Dichtematrix.

在迈伦斯坦的现实中，迈伦斯坦将研究的细节放在Gatter操作中的细节上，我们将量子比特与热敏不良的情况进行了比较。模型与典型的物理系统中的量子信息相关。我通过汉密尔顿操作员了解了两个量子点、约瑟夫森联系和硅基 NMR 系统、凯恩模式。 Hier wird die information auf Kernspins von Phosphor-Donatoren kodiert, die in einem Silizium-Kristall entsprechend angeordnet sind.所有的系统都是由一个自旋-哈密尔顿-算子和自旋-自旋-奥斯陶什科普隆组成的。 Mittels numerischer ab-initio-Quantensimulationen im Rahmen einer Realzeitpfadintegral-Formulierung und störungstheoretisch daraus abgeleiteten verallgemeinerten Master-Gleichungen für die reduzierte Dichtematrix des zeitabhängigen gekoppelten Quantensystems sollen die 特性 Gatterparameter berechnet werden.Begleitend zu den Experimenten des Projekts von Dr. Blick und Dr. Lorenz sollen diese Größen für das nanophysicalkalische System von Ladungszuständen in zwei gekoppelten Quantenpunkten ausgewertet werden.Eine zweite Fragestellung Unseres Projekts betrifft 控制 der Dekohärenz von verschränkten Quantenzuständen。首先，动态量子比特（Zwei-Niveau-System）是一种外部 Dekohärenzprozeß mittels 外部 Steuerfelder gezielt manipuliert werden können。 So ist es möglich, den Tunnelprozeß (kohärente Dynamik) mittels dynamischer Steuerfelder - unabhängig von der jeweiligen Präparation - praktisch zum Stillstand zu zwingen. Für gewisse Anfangspräparationen können sogar auch noch andere Komponenten der Dichtematrix "eingefroren" werden.我在 Gegenwart eines solchen Feldes 中对系统进行了系统和 Dekohärenzprozeß 的 Umgebung verlangsamt。 Eine（jetzt stationär gewählte）Kopplung zwischen den Qubits bewirkt eine Verschränkung der beiden Ein-Teilchen-Zustände。在此期间，我们会发现，在任何情况下，时间周期的变化和持续时间都将在未来的发展和操作中发挥作用。 （bzw.optimieren）vermag。 Als 特征 Maß für die Dekohärenz betrachten 线性熵 der reduzierten, zeitlich periodischen Dichtematrix。