基於石墨烯的自旋量子比特的理論研究

《基於石墨烯的自旋量子比特的理論研究》是依託中國科學技術大學，由塗濤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於石墨烯的自旋量子比特的理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：塗濤
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

基於單電子自旋的量子比特被普遍認為是實現量子信息處理過程的理想候選者之一。本項目選擇國際上剛剛興起的石墨烯材料，利用其能夠製備成可集成化的單電子電晶體（量子點），同時又沒有核自旋使得電子自旋的量子相干時間很長等獨特優勢，對基於石墨烯單電子電晶體的自旋量子比特開展系統和深入的理論研究。我們將提出石墨烯中電子自旋量子比特的實現與表征、單自旋態的超靈敏讀取和超快控制、與超導腔的耦合、各種自旋糾纏態的製備等一系列理論方案，為這方面方興未艾的實驗工作提供堅實和有力的理論基礎。

結題摘要

本項目針對石墨烯量子點，具有無核自旋、Dirac電子態的特點，提出自旋態編碼量子比特的理論方案，給出了操控自旋量子比特的新方法，具有全電學、可單獨定址、操作速度快等優勢。首先，我們建立了系統化的石墨烯量子點的設計方案和模擬軟體。第二，我們研究了石墨烯量子點中的量子輸運性質，特別是庫侖阻塞效應和電荷狀態圖，獲得了利用全電學手段調控單電子狀態的規律和方法。第三，我們提出了利用著名的Landau-Zener效應操控量子點上單電子相位的新方法，可以在複雜的固態環境中實現高保真度的普適量子邏輯門操作。第四，我們研究了石墨烯量子點上的退相干過程，發現電荷噪聲起主導作用，並進一步獲得其噪聲譜的幅度和形式，為量子比特的操控提出一種新的機制和方法。第五，我們研究了石墨烯量子點+超導電極的複合結構，發現量子點與超導電極之間的耦合強度隨著外加門電壓可以有效的調節，可以用於進一步開發新型的複合系統的量子器件。這些研究成果為基於石墨烯量子點的量子比特研究奠定了有力的理論基礎，使得該體系成為實現固態量子計算頗有希望的載體和候選者之一。