量子力學(xué)主要描述物質(zhì)在微觀世界中的規(guī)律,與相對(duì)論一起被認(rèn)為是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基本支柱。自量子力學(xué)誕生以來,人們逐漸認(rèn)識(shí)到定量地描述量子系統(tǒng)是很困難的,尤其是當(dāng)系統(tǒng)很大的時(shí)候。這是因?yàn)榻?jīng)典的計(jì)算機(jī)在模擬量子系統(tǒng)的時(shí)候需要的資源是隨系統(tǒng)維度指數(shù)增長(zhǎng)的。為了克服這一困難,需要建造一臺(tái)基于量子力學(xué)原理運(yùn)行的機(jī)器,即量子模擬機(jī)。然而對(duì)于實(shí)際的物理系統(tǒng),其量子特性十分脆弱,極易受到環(huán)境噪聲的破壞,要實(shí)現(xiàn)精確的控制并不容易。為此,世界上很多頂尖的研究組和科技公司都投入了大量的人力物力,使得量子模擬成為目前國(guó)際上最熱門的研究領(lǐng)域之一,這也是本論文要探討的領(lǐng)域。可以實(shí)現(xiàn)量子模擬的物理體系也多種多樣,其中金剛石固態(tài)自旋體系因其易操控、易讀出和室溫下優(yōu)異的相干特性,成為實(shí)現(xiàn)量子模擬最重要的候選體系之一。近年來,針對(duì)金剛石中氮-空位（Nitrogen-Vacancy,NV）色心的量子調(diào)控研究不斷涌現(xiàn),已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了達(dá)到容錯(cuò)閾值的普適量子邏輯門和量子糾錯(cuò),這為基于NV色心的量子模擬鋪平了道路。在本論文中,我們搭建了基于NV色心的光探測(cè)磁共振平臺(tái),并開展了一系列量子模擬相關(guān)的研究工作。分為三個(gè)階段:1.通過對(duì)NV電子... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：149 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２用于表示量子比特狀態(tài)的Ｂｌｏｃｈ球面

門（丑）、相位門（Ｓ）和泡利門（Ｘ，Ｆ，Ｚ），右下角為各個(gè)各個(gè)量子邏輯門對(duì)應(yīng)的操??作形式。??借鑒經(jīng)典計(jì)算理論中的線路圖（圖１．３ａ），可以用量子線路圖表示上述的單比特??量子邏輯門（圖１．３ｂ）。??常見的兩比特量子邏輯門是控制非門（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ＿ＮＯＴｇａｔｅ，?ＣＮＯＴｇａｔｅ），??其中一個(gè)比特是控制比特，根據(jù)其狀態(tài)決定是否對(duì)另一個(gè)目標(biāo)比特做翻轉(zhuǎn)操作??（圖１．４ａ）。如果控制比特處于｜１〉時(shí)才對(duì)目標(biāo)比特做翻轉(zhuǎn)，ＣＮＯＴ門的操作過程??為??＾ｃｎｏｔ｜＇０ｉ）ＩＶ，２）?＝?｜＾１）１＾１?？?＾），?（１．２８）??這里？是模２的加法。［／ＣＮＯＴ矩陣形式為??／?１?０?０?０?＼??０?１０?０??＂ｃｎｏｔ?＝?■?（１．２９）??０?０?０?１??＾?０?０?１?０?ｙ??當(dāng)然，這里對(duì)目標(biāo)比特的操作可以是上述的任意單比特量子邏輯門（圖１．４ｂ）。另??—種常見的兩比特量子邏輯門是交換門（ＳＷＡＰ?ｇａｔｅ），顧名思義，ＳＷＡＰ門的效??果是將兩個(gè)比特的狀態(tài)交換：??％ｗａｐ丨也〉丨也〉＝丨也〉丨也〉，?（１－３０）??７??

０?１０?０??＾?０?０?０?１?ｙ??ＳＷＡＰ門可以拆解成三個(gè)ＣＮＯＴ門（圖１．４ｃ）。更一般的，已經(jīng)證明了，對(duì)于任??意的量子邏輯門都可以分解成單比特旋轉(zhuǎn)門和ＣＮ０Ｔ門的組合［７－１０］，這為實(shí)現(xiàn)??復(fù)雜的量子網(wǎng)絡(luò)提供了可能。??（ａ）?（ｂ）???Ａ???Ａ???８——一＼＾＿?—??（ｃ）???￥??ＣＤ?ｆ?－＜Ｄ—??—＾——丄ｃｂ…丄—??圖１．４兩比特量子邏輯門的線路圖。（ａ）ＣＮＯＴ門，上下兩條線分別表示控制比特和目標(biāo)比??特。（ｂ）受控｛７門。（ｃ）ＳＷＡＰ門，可以分解成３個(gè)級(jí)聯(lián)的ＣＮＯＴ門。??１．１．３．量子態(tài)的測(cè)量??與經(jīng)典系統(tǒng)另一個(gè)最顯著的區(qū)別是，量子測(cè)量一般情況下會(huì)破壞量子態(tài)，這??涉及到量子力學(xué)的一個(gè)基本假設(shè)。為了描述量子測(cè)量過程，我們可以在待測(cè)量??子系統(tǒng)基矢空間中定義一組測(cè)量算符丨，這里的ｍ指的是可能的測(cè)量結(jié)果。??如果待測(cè)量子系統(tǒng)處在｜奶，那么測(cè)得ｍ的概率是??ｐ（ｍ）?＝?（１．３２）??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Detection of radio-frequency field with a single spin in diamond[J]. Ying Liu,Fei Kong,Fazhan Shi,Jiangfeng Du.  Science Bulletin. 2016(14)



本文編號(hào)：3222109