可恢复相干性中心自旋模型结构设计及精确动力学

中心自旋不可避免地与周围核自旋发生相互作用,发生退相干,这也是量子信息和量子计算领域长久以来面临的严峻挑战之一。我们提出了一种可以完美且长久保持中心自旋量子位相干性的结构,该结构由一个自旋-1/2中心自旋通过XXZ型超精细相互作用耦合上一个由非均匀耦合相互作用的自旋链构成,其在中心自旋为叠加态、浴自旋为反铁磁态为初态及浴内为较强耦合的情况下,中心自旋可近似维持原有相干性,进一步去除xy方向超精细耦合,可完美保持相干性。中心自旋作量子位,将此结构应用于量子计算,或可实现无损耗量子计算。我们用浴自旋模拟环境,应用基于XX链中自旋算符矩阵元解析表示的运动方程方法,系统地研究了环境对于中心自旋退相干动力学的影响,着重研究了浴自旋间非均匀耦合影响下的中心自旋相干因子的动力学特性。在从最小到最大调控浴自旋间非均匀耦合过程中,中心自旋相干动力学大致呈现出了六个阶段,展现了丰富的量子动力学特性,并为日后研究中心自旋动力学提供了两个重要参考标志：相干因子的长时平均值的极值可以作为区分不同相的标志;相干因子长时演化的平衡可以作为竞争平衡中耦合关系对等或之间的倍数关系的标志。