分子磁體中基於電子自旋的多體糾纏態的量子調控

《分子磁體中基於電子自旋的多體糾纏態的量子調控》是依託蘇州科技大學，由郝翔擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：分子磁體中基於電子自旋的多體糾纏態的量子調控
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郝翔
• 依託單位：蘇州科技大學

項目摘要

本項目擬重點研究分子磁體中電子自旋的多體糾纏特性。分子磁體作為一種可調控的受限體系，可以在這樣的自旋團簇系統中實現規模化的量子計算和量子信息處理，包括具有一定套用價值的量子算法。針對實驗已製備出的分子磁體，我們可以解析地研究其有效哈密頓量的形式，得到系統的能級特徵，建立起有效量子位。我們通過光學、電學和化學的方法，合理調節自旋間的相互作用，找出某些可調控的激發糾纏態，從而構造出多量子位的邏輯門，實現對多體糾纏態的量子調控。同時我們可以合理地考慮外界環境消相干對量子信息處理的影響，研究具體量子算法實現的可行性及其效率。

結題摘要

隨著固態低溫調控技術的迅速發展，我們利用現有的實驗數據，來構建合理的哈密頓量模型，研究固態量子多體系統的豐富物理特性，並將其套用於量子信息科學與技術領域中。本項目的研究對象是基於電子自旋的受控量子多體系統，主要包含了典型的分子磁體、自旋團簇體系和低維量子自旋體系。在這些實際量子系統中，我們重點分析了自旋與軌道的相互作用、非對稱的近鄰相互作用、以及多體相互作用對量子微觀系統的影響；獲得了它們的能級結構、穩定的基態和低激發態的量子糾纏特性，為未來的固態量子調控技術提供了一定的物理基礎。通過選取典型的分子磁體，我們建立了可存儲量子信息的有效量子比特，研究了多種實際環境中固態量子比特的自旋關聯特性。考慮當前國際的研究熱點，我們分析了量子多體糾纏態和量子關聯（量子失協），發現了電子自旋與軌道的耦合作用可以減緩量子糾纏和量子關聯的衰變；同時，從量子信息的角度，我們還討論了新奇的量子相變和有意義的量子臨界行為。基於量子重正化群方法，我們發展了有效數值計算方法和一些近似理論分析方法，詳細討論了多體量子糾纏態的穩態特性，解釋了在超短和超長時刻下的多體糾纏態的動力學行為。在研究工作中，我們考慮了一些常見周邊環境對這些多體量子自旋系統物理特性的影響。當量子系統與固態自旋環境或低溫熱環境之間不可避免地產生相互作用時，量子多體糾纏態等物理量都會產生具有記憶行為的量子退相干過程，這一研究結果可以被套用於實際的固態量子信息處理中。我們既可以調節多體量子系統中內部相互作用，也可以改變外界的局域和全局磁場以及電場，從而有效調控系統與環境的相互作用。因此，我們藉助於受控的量子多體自旋系統，實現了高保真度的量子遠程通信和量子隱形傳態，作為固態量子計算機和量子信息處理一些可行性方案。