量子计算与量子模拟中离子阱结构研究进展

离子阱系统是实现量子计算和量子模拟的主要体系之一.世界范围内的各个离子阱研究小组共同推动着离子阱结构的丰富化发展,开发出一系列高性能的三维离子阱、二维离子芯片、以及具有集成器件的离子阱系统.离子阱的结构逐渐向小型化、高通光性和集成化方向发展,并表现出卓越的量子操控能力—对多离子的囚禁能力和精确控制能力越来越高.本综述将总结过去的十几年里离子阱在结构上的演化历程,以及离子阱在量子计算与量子模拟实验研究中的最新进展.通过分析具有代表性的离子阱结构,总结离子阱系统在加工工艺、鲁棒性和多功能性等方面取得的进步,并对基于离子阱系统的可扩展量子计算与模拟作出展望.     

离子阱量子计算规模化的研究进展

离子阱系统是当前实现量子计算最为领先的物理系统之一,已经在数十量子比特的规模下实现了保真度达到容错量子计算阈值的量子态制备、测量、通用量子逻辑门等基本量子操作.未来离子阱量子计算的一个重要研究方向,是在保持量子比特高性能的同时,进一步扩展量子比特的数量,最终达到解决实际问题所需的规模.本文介绍当前离子阱量子计算研究中主流的规模化方案,如离子输运方案和离子-光子量子网络方案等,以及各方案中存在的限制因素,进而探讨如二维离子阵列、双重量子比特等新的规模化方案及其前景.     

Paul阱中两个超冷离子的量子统计特性

讨论两个囚禁在Ｐａｕｌ阱的对称轴上的超冷离子的量子统计特性，可以发现，它们的稳定囚禁不仅与阱的稳定区有关，而且与它们自身的自旋和电荷数大小有关。     

2012年诺贝尔物理学奖:大卫·维因兰德

文章介绍了大卫·维因兰德由于找到了能够测量和操控单个量子系统的突破性实验方法,特别是由于他在离子阱方面的贡献,而与塞尔日·阿罗什共同获得了2012年的诺贝尔物理学奖。大卫·维因兰德带动了离子阱技术的发展,在量子计算方面为量子物理开辟了一片新天地。他还通过实验研究使原子钟达到了前所未有的精度。文章简述了大卫·维因兰德研究离子阱的历史,介绍了他在以离子阱技术为基础的量子计算方面和离子原子钟的发展方面所取得的科研成果。     

反馈方法在离子阱Doppler冷却中的应用研究

离子阱中离子的快速有效冷却在量子信息处理、光频标等领域都有重要的意义.基于Steixner 等提出的量子反馈模型,将反馈方法应用于离子的Doppler冷却.首先理论分析了该模型下离子运动信息的获取方式以及反馈对离子运动的影响,并推导出了存在反馈时离子运动所满足的方程,然后进行了仿真计算. 计算结果表明,利用量子反馈可以明显的提高离子冷却速率.还分析了反馈参数对离子冷却效率的影响. 关键词： 离子阱 Doppler冷却 量子反馈     

量子计算与超冷离子

通过介绍量子计算的基本概念和特点，并对比目前人们使用的计算机的计算方式，对于如何利用囚禁在离子阱中的超冷离子进行量子计算作了简要的叙述．     

双阱结构含时量子输运的微扰论及输运方程

利用Lewis-Riesenfeld不变量理论和与不变量有关的幺正变换方法研究了双阱结构含时量子 输运的微扰论.获得了双阱内含时薛定谔方程的精确解的完备集，在此基础上，把双阱与左 右热库的相互作用作为微挠，获得了双阱结构一阶近似下的输运方程，并在绝热近似下提供 了一种用于研究量子输运过程中几何相因子(Berry相因子)的方法. 关键词： 含时量子输运 输运方程 不变量 几何相因子     

InGaAs/GaAs应变量子阱的光谱研究

分别用光致发光谱（PL），光伏谱（PV）及时间分辨谱（TRPL）的方法，测量了应变InGaAs/GaAs单量子阱和多量子阱在不同温度下的光谱，发现单量子阱与多量子阱有不同的光学4性质。多量子阱PL谱发光峰和PV谱激子峰的强度与半高宽都比单量子阱的大，但单量子阱的半高宽随着温度的升高增大很快，这是由激子－声子耦合引起的，通过时间分辨谱研究发现了量子阱子能级之间的跃迁，多量子阱的发光寿命明显比单量子阱的长，我们利用形变势模型对量子阱的能带进行了计算，很好地解释了实验结果。     

Paul阱中共面两离子系统的能量本征态

通过对Paul阱中共面两离子体系的研究，考虑共面两离子在Paul阱中库仑关联，得到了两离子系统Schrdinger方程的精确解；椐方程的精确解，分析了质心能级简并情况，计算了两离子的平衡距离和低能级的几个态函数，设计程序作出了质心径向概率分布图. 关键词： Paul阱 两离子 共面 量子逻辑操作     

囚禁单离子的量子阻尼运动

用包含偶极和四极虚势能项的非厄米哈密顿算符来描述Paul阱中囚禁阻尼单离子在静电场下的量子运动.通过导出和分析系统的精确解,得到在PT对称和不对称情形下的不同实能谱与稳定量子态,以及PT不对称情形的虚能谱和衰减量子态,同时给出相应于不同态的参数区域和存活概率.结果发现该非厄米系统外场参数能惟一确定量子稳定态并导致波函数形态变化,据此提出非相干操控相应量子跃迁的方法.让量子态衰减导致的离子位置期待值的衰减与经典阻尼谐振子的衰减一致,得到虚势能参数与经典阻尼参数的对应关系.所得结果将进一步丰富具有广泛应用背景的囚禁离子动力学.