固态量子计算和量子模拟中若干基础理论问题的研究

量子信息处理是利用量子力学原理和性质（如量子态的叠加和纠缠）来对信息进行处理，它能够利用量子算法强大的功能解决现有计算机不能有效处理的一些NP问题，即无多项式时间算法的一类问题（如大数质因子分解、随机数据库搜索等）。固态量子计算则基于固态量子比特系统。与其它的非固态系统相比，固态量子比特系统原则上可以利用微纳加工技术来使其大规模集成化。同时，固态量子比特作为可调控的人工原子，还可以构造固态量子线路来量子模拟凝聚态物理中的一些重要问题。本项目将探讨基于固态量子比特的量子计算和量子模拟中的若干基础理论问题，其中包括研究固态量子器件中量子态的演化规律和退相干问题、不同类型固态量子器件的有效耦合以及基于固态量子比特的量子光学效应和多体问题的量子模拟。这些内容的研究无论从基础理论方面，还是在固体领域内促进量子物理与信息科学的交叉发展方面都有重要的学术价值。

本项目对固态量子计算和量子模拟中一些重要的基础理论问题进行了研究 。研究内容主要包括：（1）半导体纳米线自旋轨道量子比特及其电偶极子自旋共振，（2）纳米机械振子量子特性的探测，（3）基于量子点电子自旋的ST量子比特之间的可控耦合，（4）基于超导量子器件和自旋系综的混合量子电路，（5）自旋与超导磁通量子比特组成的混合量子体系中量子态的研究，（6）Majorana量子比特及Majorana费米子的量子模拟，（7）量子开放系统的非马可夫动力学。这些研究有助于促进量子计算和量子信息学科的发展。在项目的执行过程中，本项目组已在SCI物理杂志上发表论文23篇。其中，在《现代物理评论》上发表长篇综述论文1篇，在《物理评论快报 》上发表论文1篇，在《物理评论A和B》上发表论文18篇。