（毕业设计 页数：18 字数：4565）测量用单自旋态自旋转换费

摘 要：固体量子计算机是最有希望成为可集成化的实用量子计算机。其基本元件(qubit)为电子或核自旋。计算的最后必涉及到单自旋态的测量，而这又是一个极其重要和异常困难的挑战.。在此文中，我们研究利用自旋-电荷纠缠特性测量单电子自旋态。把单电子自旋状态与其空间轨道纠缠起来，通过测量其空间轨道状态来确定单电子自旋态。我们的策略是在被测电子所在的量子点附近制备一受测量子点。然后对它们进行一些电学操纵，使电子自旋态和所处量子点空间态纠缠起来，最后测量受测量子点的电荷量确定被测电子的自旋状态。我们还估计了该方案的测量效率问题。

ABSTRACT：A solid-state quantum computer seems one of the promising candidates for future scalable applied quantum computers. As the basic elements of solid-state quantum computers, it is still a challenging important task to measure a single-spin state，since the read-out of the spin-qubit state is necessary at the end of computation and is very hard for single spins. We study a proposal of how to measure a single spin state using spin-orbital entanglement. One can know the spin state by measuring its space orbital, after entangling the spin states and the orbital in the form . The strategy is as follows: first prepare an ancillary quantum dot neighboring to the qubit dot, and perform some electric manipulations to entangle the spin states and the space states of which quantum dot being occupied by the qubit, finally measure whether the ancillary dot is occupied or empty to confirm the spin state of the qubit. We also consider the measurement efficiency of such a proposal.

目 录

摘要 ………………………………………………………………2
ABSTRACT……………………………………………………………3
一 引言……………………………………………………………4
二 单自旋态的测量………………………………………………6
三 误差分析………………………………………………………12
四 参考文献………………………………………………………16


一 引言
量子计算机是利用量子力学作为其工作原理的未来计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究，其目的是为了解决计算机中的能耗问题。随着计算机技术的发展，计算机的小型化和集成化成为一个重要的目标，但随着芯片体积的缩小和集成度的提高，能耗对芯片的影响越来越大，能耗也制约着集成度，限制计算机的运算速度。20世纪60年代，IBM公司Thomas.J.Watson究室的 Rolf Landauer发现[1] ：能耗的产生是由于计算过程中的不可逆操作。在经典计算过程中要损失自由度，是不可逆过程，根据热力学定律，必然会产生一定热量。如果能把所有不可逆操作变成可逆操作，在理论上就可以实现无能耗的计算。Bennett证明[2]：所有经典不可逆计算机可以改造成可逆计算机而不影响计算能力。Argonne国家实验室的 Paul Benioff
[3,4,5,6]最早使用量子力学来描述可逆计算机。，Richard P.
Feynman指出这些量子特性能在未来量子计算机中起到本质的作用。英国物理学家Deutsch[7]找到一类问题，对于这种问题量子计算机存在多项式算法，而经典计算机需要指数算法。1994年Shor[8]给出了关于大数质因子分解的量子算法，这可以在量子计算机上用多项式时间解决该题；Grover, L.K.[9]也给出了量子搜索算法。由于这些算法要利用量子计算的本质特性：量子叠加性、相干性，这就要求量子逻辑位之间的相干性不能被破坏，这种量子位之间的相干性在经典计算机中是没有对应的，所以量子计算机有着比经典计算机更强的计算能力。量子计算机由量子位和量子逻辑门组成。量子位(qubit)是定义在二维复向量空间的一个单位向量， 其物理实现是一个二能级物理载体。Diventzinzo提出如果要制造出量子计算机，必须要满足以下条件[10]：1.可扩展的具有良好的量子比特系统，2. 能够制备量子比特到某个基准态，3.具有足够长的相干时间来完成量子逻辑门操作。 4.能够实现一套通用量子逻辑门操作，5.能够测量量子比特， 6.能够使飞行量子比特和静止量子比特互相转化。7.能够使飞行量子比特准确地在不同的地方之间传送。目前已有多种实现量子计算的方案：离子阱，核磁共振，线性光学，超导量子干涉等。但是，这些体系的集成是个大问题。