3、半导体量子点量子信息处理研究概述

半导体量子点量子信息处理研究概述

研究动机与目标

在量子信息处理（QIP）领域，实现基于自旋的量子计算面临着两大主要挑战：一是电子自旋与周围核自旋系综的超精细耦合导致的退相干问题；二是远程量子比特之间长程自旋 - 自旋耦合的实现。为应对这些挑战，研究主要围绕两个核心方向展开。

第一个方向是积极利用与半导体量子点（QDs）耦合的环境自由度，将固态环境从电子自旋退相干的不利因素转变为潜在优势。第二个方向是在更广泛的量子网络层面，探索实现远程量子比特之间长程耦合的有效方法。

单节点层面研究

在单节点层面，主要聚焦于电子通过单量子点和双量子点的输运过程，旨在利用与电子自由度的（耗散）耦合，在环境核自旋的瞬态和稳态行为中创建相干性。

单量子点中的超辐射现象

在单量子点的研究中，提出了一个实验可行的方案，可在单量子点的隧穿电流中观察到超辐射现象，即相干性的自发出现。这是由于强核间相关性的建立和增强，使得量子点发射的电子电流出现强烈而突然的峰值，从而产生了电子超辐射的新范式。该方案基于一个通用的理论框架，用于描述存在与环境核自旋超精细耦合时的电子输运。量子光学与固态物理学之间的联系是这一研究的关键要素。

双量子点中的纠缠态生成

在双量子点的研究中，研究了处于泡利阻塞（Pauli - blockade） regime 下的双量子点的稳态行为。提出了一种确定性生成双量子点中两个空间分离的核自旋系综纠缠态的方案。该机制基于电子通过双量子点的输运，并通过外部栅极电压对核自旋所看到的有效电子环境进行适当工程设计。具体来说，确保了电子和核的集体耦合，使得在电子输运过程中发生的自旋翻转可以在左或右