基于双量子点分子实现DEUTSCH-JOZSA算法的研究

摘要

量子信息学是量子力学和信息科学相结合而产生的一门新兴的交叉学科，主要包括量子通信和量子计算两个分支。由于量子力学的量子态叠加原理和量子纠缠等特性，量子计算机能够极快地处理某些问题，展示其具备超越经典计算机计算能力和信息处理方面的巨大潜力。当前，量子算法在各种系统中的物理实现是量子信息学领域的研究热点之一。其中，基于半导体量子点的固态系统，因具有易操作和可集成的特性，已成为最有希望真正实现量子计算机的系统之一，受到许多研究人员的关注。
　　 本文提出一种利用双量子点分子体系来实现Deutsch-Jozsa量子算法的理论方案。在该方案中，量子比特被编码在耦合量子点中双电子的自旋单重态|S〉=(|↑↓〉-|↓↑〉)/(?)和自旋三重态|T〉=(|↑↓〉+|↓↑〉)/(?)上，而且量子比特之间的库仑相互作用可以简化为Ising相互作用形式，对具体物理参量的分析表明，本方案有望基于现有量子点分子实验技术得以实现。利用双电子自旋的单重态和三重态编码量子比特的优点在于：可有效保护量子比特避免低频噪声，也可抑制超精细相互作用引起的退相干。本文的研究工作对于利用量子点分子体系实现其他复杂的量子算法来说将是重要的一步，也有利于进一步加深理解将双量子点分子应用于量子信息处理方面的研究。