量子点中电子自旋量子比特的声子效应研究

Low-dimensional systems such as quantum dots, quantum wires and graphene electron spin state has a broad application prospects in the next generation of quantum devices become popular of the various branches of the current physics research. Qubit quantum computer computing and information storage unit based on the state program of the electron spin in quantum dots to achieve is considered to be one of the most promising programs, so this quickly became the condensed matter physics, solid-state quantum information and quantum computation research focus..The project is intended to use the linear combination operator method, Pekar variational methods and lattice relaxation of the multi-phonon transition method of quantum dots based on electron spin qubits phonon effect. Flip relaxation of electron spin states, the main phonon coherent and decoherence in the process, the key consideration in the direct coupling mechanism of electron spin-phonon spin-flip relaxation of two-phonon processes. Further study the contribution of these two effects, and the Rashba and Dresselhaus effect of a single phonon of the electron spin and the spin relaxation and decoherence of two-phonon process to distinguish. But also the interaction of electronic and multi-phonon mode common to discuss the spin relaxation in graphene quantum dots of the Dirac electron spin relaxation

当前低维系统如量子点、量子线、石墨烯等中电子自旋态的研究在未来新一代的量子器件中有着广泛的应用前景而成为当前物理学各个分支研究的热门。而基于量子点中电子自旋态方案实现量子计算机基本运算和信息存储单元的量子比特被认为是最具前景的方案之一，因此这一方面迅速成为凝聚态物理、固态量子信息与量子计算的研究热点。.本项目拟用线性组合算符方法、Pekar变分方法和晶格驰豫的多声子跃迁方法研究量子点中基于电子自旋的量子比特的声子效应。主要研究声子对电子自旋态的翻转弛豫，相干和消相干过程的影响，重点考虑在电子自旋与声子直接耦合机制下自旋翻转驰豫的双声子过程。同时进一步研究在Rashba和Dresselhaus效应影响下电子自旋的单声子和双声子自旋弛豫和消相干过程并对这两种效应的贡献进行区分。同时也对电子与多声子模式相互作用共同对自旋弛豫的影响及石墨烯量子点中狄拉克电子自旋弛豫进行探讨研究。

低维系统如量子点、石墨烯等中电子自旋态的研究有望在未来新一代的量子器件中有着广泛的应用前景而成为当前物理学各个分支研究的热门。基于量子点中电子自旋态方案实现量子计算机基本运算和信息存储单元的量子比特被认为是最具前景的方案之一，本项目中我们分别应用线性组合算符方法、Pekar 变分方法和晶格驰豫的多声子跃迁方法研究量子点和石墨烯朗道能级间（类量子点）中电子自旋态弛豫及相应的声子效应，得出结论如下：（1）在电子自旋与声子直接耦合机制下，量子点中激发态和基态的Zeeman能级间单声子辅助的自旋态翻转弛豫过程有很大不同，以此可区分电子的自旋态；（2）石墨烯朗道能级间的之间的双声子弛豫时间可达到皮秒量级，也是导致消相干的一种不可忽略的渠道；（3）在Rashba和Dresselhaus 自旋轨道混合机制下，量子点能级间双声子辅助的自旋弛豫时间在微秒量级变化，且这两种自旋轨道的弛豫行为有明显不同且可区分；（4）采用Pekar 变分方法，以三角束缚势量子点的基态和激发态为基础构建了一个量子点量子比特，并讨论了这种量子比特的振荡时间与量子点的半径和外电场的依赖关系；（5）采用Pekar变分方法，研究了半导体量子点基态能级由于极化子效应导致的修正。这些结论为相应的实验提供了非常有意义的理论基础。