量子点体系的输运及耗散动力学

本项目基于我们近年来发展的严格、非微扰的量子耗散理论（级联量子主方程方法）拟针对开放的介观量子点体系开展系统的理论研究。（1）研究量子点中电荷（或自旋）量子比特和量子纠缠相关的动力学问题，包括电子退相干与退纠缠，非马可夫耗散特性。（2）考虑含时外场对相干态和纠缠态的制备与调控的影响。（3）发展级联量子主方程方法的严格、非微扰的量子输运理论，使之不仅能够计算输运电流，而且适用于计算输运电流的涨落谱。(4)开展量子点体系的量子输运、测量的各种含时以及稳态特性的研究，计算如电流、电子涨落噪声谱以及全计数统计，揭示多体库仑作用和量子相干特性，特别是非平衡Kondo效应和自旋相关输运的动力学和涨落性质。本项目不仅对半导体量子点器件应用领域的发展有重要的意义，还将为量子耗散动力学和量子输运研究领域提供一个具有代表性的严格理论工具。

本项目主要研究内容是：首先我们首次建立了严格主方程描述下的无相互作用系统的非平衡输运理论。此理论能恢复非平衡格林函数的已有的严格结果，并且适应于任意温度、任意含时外场以及任意强度的系统－环境耦合。基于此理论，我们研究了单量子点的各种含时交流电压的电流响应，我们还研究了AB环双量子点的非平衡输运量子动力学以及并联量子点的相干调控。其次，对有电子-电子相互作用的非平衡输运系统，我们在已建立的严格非微扰的级联量子主方程基础下，进一步发展有电声子相互作用下的极子输运情况，并研究了量子点输运中声子的吸收与发射效应,我们发现声子参与输运可以作为量子器件制冷的一种手段。在弱耦合情况下，级联主方程可以表示为简单的含非马尔科夫效应的量子主方程，我们研究了有电子库仑相互作用以及含有非Markovian 效应的电流涨落谱，发现从含频噪声谱能够提取能级结构以及电子库仑作用强度。在耦合较强情况下，我们进一步建立了自洽玻恩近似下的量子主方程方法。此方法考虑了双电子协同隧穿过程，可以应用于任意含时任意电压下的输运和耗散动力学以及低温下的Kondo效应。最后，我们还研究了量子点-谐振腔耦合下导致激光效应的电流噪声谱特征，我们发现噪声谱含有谐振腔各种状态的信号包括从非激光状态到激光状态，并且还包含量子点-谐振腔耦合下的动力学行为，这对今后用量子点制备激光起到引领作用。