介观量子器件中的电流交叉关联研究

量子计算和量子信息是近年来迅速发展的前沿科学领域，在未来信息技术领域有着广泛的应用前景。利用半导体量子点来实现量子比特是固态量子信息领域最热门的研究方向之一。相对于量子信息物理实现的其他方案，耦合的半导体量子点体系具备高集成性、较长的退相干时间、快速耦合等优点。本课题将探讨利用电流的交叉关联性质来反映和测量量子点构成的比特单元信息，并研究各种相互作用对量子比特的影响和调控，研究纠缠度与输运信息的联系。探索超交换相互作用、电声耦合等对双量子点体系电流交叉关联的影响，对可引起电流间正交叉关联的物理机制和不同类型的正关联性质加以区分和研究。通过量子点体系电流交叉关联性质的研究，揭示和解释其中的新效应和新现象，为新型量子器件的设计和应用提供物理模型和理论依据。

利用半导体量子点来实现量子比特是固态量子信息领域最热门的研究方向之一。量子点内的电子态信息，可通过测量电流、散粒噪声和电流间的交叉关联反映出来。电学测量量子态的纠缠信息要比光学测量等其他方式更容易在实验上实现，已成为纳米电子学领域的一个重要研究方向。. 本项目针对量子点中相干时间和量子比特的可测性这两个量子计算物理实现的Divincenzo判据展开研究，利用电流及其关联性质来反映和测量耦合量子点内电子自旋的纠缠，研究各种相互作用对量子比特的影响和调控，探索输运信息和纠缠的联系。. 在本课题的资助下，我们研究了库仑耦合双量子点结构中的电流交叉关联特性和点内自旋纠缠态之间的关系,发现当点内电子态为自旋单态和三重态时，电流交叉关联分别体现为正负交叉关联；提出了一种Majorana量子点的异质结构来得到电学可调节的非局域电流交叉关联，利用这种结构可得到正负可调的电流关联，拓展了以往Majorana量子体系中只出现正交叉关联的局限；研究了通过第三方耦合在一起的介观量子导体的电流交叉关联，发现即使它们和第三方交叉关联为零时，这两个间接耦合的导体间依然存在很强的交叉关联；研究了拓扑绝缘体体内量子杂质态的物理特性，提出了一种新的自屏蔽近藤效应机制；基于自旋轨道耦合效应，提出了一种利用温差产生纯自旋流的量子结构;研究了非对称石墨烯磁量子结构中的自旋极化输运性质，发现非对称性可以增强自旋极化率；研究了量子点结构中光学调制的自旋电流和电流交叉关联特性。. 2011年初至今共发表标注基金资助的学术论文10篇,其中9篇（全部被SCI收录）发表在国外重要物理学杂志上[Physical Review B (2篇), Europhysics Letters (1篇), Quantum Information & Computation (1篇), Journal of Applied Physics (1篇), Journal of Physics: Condens. Matter (1篇), Solid State Communications (3篇)]。这些论文发表至今被引用10余次。此外，2014年初受邀在The EMN (Energy Material Nanotechnology) East Meeting作邀请报告一次。