量子計算機中的消相干及控制消相干子空間的構造.pdf

1、自從量子計算的概念提出來后,量子計算機的研究越來越引起科學家們的重視,尤其是量子算法的提出和量子編碼的實現(xiàn)使得人們對量子計算的應用充滿了信心.量子計算利用了量子力學的本質特性——量子疊加性和相干性原理,來完成經典計算機所不能完成的大型計算.但是量子計算的實現(xiàn)還存在很大的困難,因為量子計算利用了量子力學中的態(tài)的相干性,量子系統(tǒng)始終與環(huán)境存在耦合,不能將系統(tǒng)與環(huán)境完全隔離開來,要保持量子態(tài)的相干性并不容易,這一直是人們研究的課題之一.在該論

2、文中,我們首先介紹了量子計算的相關背景,討論了量子位與環(huán)境相互作用引起的消相干的現(xiàn)象.計算了在半導體量子點中,作為量子位的摻雜電子受原子核和外磁場作用下的自旋弛豫過程,表明量子位受環(huán)境的干擾將出現(xiàn)消相干現(xiàn)象.為消除量子計算中出現(xiàn)的消相干,人們常采用編碼方法以避免消相干帶來的影響.我們基于子動力學的子空間理論討論了開放量子系統(tǒng)的量子計算問題.利用子動力學的動力學方程和合適的時序規(guī)則,我們對投影/開放量子系統(tǒng)給出了一種不可逆劉維爾方程,并基

3、于束縛條件,由劉維爾譜分解得到了非平衡統(tǒng)計密度算符,提出了用非微擾的方式解決子動力學方程的本征值問題.我們發(fā)現(xiàn),基于子動力學方程,利用本征投影算符,在投影子空間中構造不變本征矢,可以通過控制校準時間周期來取消演化算符的相移,使得本征投影算符不依賴于構造的子空間的相互作用發(fā)生變化,實現(xiàn)量子計算.此外,雖然總的空間有消相干現(xiàn)象發(fā)生,我們由本征值不變,找到了在投影子空間中無消相于現(xiàn)象發(fā)生的條件,這種子空間被稱為無消相干子空間.最后我們討論了多