声子诱导的固态量子系统退相干动力学

声子诱导的固态量子比特退相干效应是实现固态量子计算必须考虑的重要基础理论问题之一。而双量子比特构成的量子门作为实现量子计算基本单元，其研究有着重要理论和应用的意义。本课题主要内容：①试图以spin-boson 模型来描述固体中的量子比特，利用幺正变换来处理该模型中的比特-声子关联，再根据微扰理论和主方程方法求解系统的动力学量；②在双量子比特的不同构型中，当量子比特成功制备于某初始态时，如Bell态，可通过求解非平衡关联函数给出系统的动力学演化行为，深入讨论量子比特的退相干动力学；③试图通过加入电场或光场来实现对量子比特演化行为的调控，给出可能减缓退相干的调控方向或机制。该理论方法能够清晰地给出非马尔科夫动力学和马尔科夫动力学差异，这对深入认识当前固态量子实验中短时动力学行为和声子的退相干效应有重要指导意义，同时为实现固态量子计算给出有益的方案。

本课题研究了固态量子比特的退相干性机制和可能的耗散控制手段。我们研究了固态量子比特在玻色子热库环境与自旋库环境的退相干的相同点和不同点，发现零温情况下两者的退相干率一致，有限温度下玻色库的退相干率增大，而自旋库的退相干率与温度无关；我们用幺正变换的方法研究了有限偏执s=0.5亚欧姆玻色库的量子动力学，发现伴随着非局域-局域平衡态相变，相干量子隧穿动力学上表现出了快速的振荡衰减，纠缠熵动力学也表现出了幅度较大的振荡；我们初步研究了简单自由度调控量子耗散系统的可行性，发现通过量子振子的辅助隧穿机制，非常容易调整量子耗散的退相干率，耦合振子的本征物理性质可以通过光谱测量得到；我们利用反旋转波杂化旋转波的方法讨论了反旋转波项对经典Rabi模型的动力学影响，给出了相干隧穿破坏的条件，严格的给出了Rabi频率和Bloch-Siegert移动；我们研究了发现反转转波项对量子比特纠缠突然死亡和纠缠推迟产生有着重要作用，这些特征对特定初始状态时间演化有着重要意义。我们通过这些研究建立了一套有特色的处理开放系统量子动力学的简便解析方法。这些研究有着实际的意义，也为进一步开拓研究提供了必要的理论基石。