量子系统的间接调控及其对固体量子器件调控的应用

对基于固体的量子计算系统进行调控以完成量子计算和量子信息的处理和存贮是量子信息领域的核心问题。本项目将在前期工作的基础上，系统地研究量子系统的间接调控理论，以及对固体量子计算系统的调控中的应用。我们首先一般地研究任意具有简并的有限维量子系统的间接调控方案，揭示量子探针与被调控系统之间的耦合方式对量子间接调控的影响以及对量子探针的要求，探索利用各种量子探针实现间接调控的方案，并应用间接调控理论具体地研究各种固体量子计算系统的间接调控问题。然后我们研究量子间接调控的极限问题，如信息擦出、退相干等对量子间接调控的影响及其间接调控的准确度。最后研究固体量子计算中的重要的量子特性，如量子纠缠、相干时间等的调控问题。我们将结合国内外固体量子计算的进展，特别是实验方面的进展情况，将我们的研究拓展到最新固体量子计算系统的调控，开拓新的研究增长点。

本项目按照计划书执行，对简并量子系统的间接控制进行了系统的研究，取得的研究成果包括：(1). 研究了具有任意简并的量子系统的完全可控性 (Complete controllability)，包括利用经典外场对简并量子系统进行直接控制的直接控制方案，和利用量子探针对量子系统进行间接控制的间接控制方案，即用外场控制量子探针并通过探针与被控系统进行耦合间接地达到对被控系统进行控制的方案；(2). 研究了量子系统控制的控制策略(Control protocol)，即设计控制场或量子探针，及其与被控系统的相互作用，以及控制流程以实现把系统控制到目标态的目的。我们提出了一个多循环（multi-cycle）控制策略，在每个循环中通过交变场或者交替方脉冲控制两个或多个能级之间的跃迁，来调整不同本征态上的概率分布，从而达到对量子系统进行控制的目的。我们同样对直接控制方案和间接控制方案进行了研究。控制参数与目标态的概率幅通过三角函数相联系，并可以解析地求出。(3). 研究了存在退相干情况下的量子控制问题。提出了一个新的方案，不仅可以实现相干性的恢复，同时还可以在这个过程中把系统调控到指定的目标态上。其核心是根据目标态设计一个新的转轴，使Pi-脉冲绕该轴进行翻转，然后经过一个确定的时间间隔后系统的相干性恢复，同时使系统达到设定的目标态。对于纯静态场的情况进行了解析计算，验证了我们的思想是完全可行的。对于非静电场的情况的研究进展顺利；(4). 研究了处在热裤环境中相隔一定距离的Donor和Acceptor之间的激发能传输的问题。.　　在本项目的支持下，项目组成员参加十多次国内外的学术会议并作报告。到北京计算科学研究中心，理论物理所，浙江大学，大连理工大学等单位进行学术交流。本项目支持的《人工量子结构和原子分子的量子态操纵高级研讨会》将在2014年1月14-16日在深圳大学举行。.　　在本项目执行期间，已有一名硕士生毕业，三名硕士研究生在读，其中一名将于2014年7月毕业。