16、基于表面声波的通用量子耦合与态转移技术解析

基于表面声波的通用量子耦合与态转移技术解析

1. 通用耦合的多样性

为了完善与腔量子电动力学（QED）的类比，需要引入类似原子的非线性元素。下面介绍三种不同的示例系统，展示基于表面声波（SAW）平台的通用性。虽然主要关注量子点、囚禁离子和氮 - 空位（NV）中心，但这些原理同样适用于其他有潜力的量子信息候选者，如超导量子比特、里德堡原子或硅中与磷施主原子结合的电子自旋等。在所有考虑的情况中，都保留一个频率 $\omega_c$ 接近相关跃迁频率的单腔模式 $a$。以下是对三种系统的具体分析：
- 量子点电荷量子比特 ：
- 一个自然的选择是嵌入光刻定义的砷化镓（GaAs）双量子点（DQD）中的电荷量子比特，其中包含一个单电子。DQD 可以很好地用一个有效的二能级系统来描述，其特征是能量偏移 $\varepsilon$ 和点间隧穿 $t_c$，产生能级分裂 $\Delta = \sqrt{\varepsilon^2 + 4t_c^2}$。
- 电子电荷 $e$ 与压电势耦合，形变耦合远小于压电耦合，可忽略不计。
- 通过标准的旋转波近似（适用于 $\delta, g_{ch} \ll \omega_c$），系统可以用 Jaynes - Cummings 形式的哈密顿量描述：
[H_{dot} = \delta S_z + g_{ch} \frac{2t_c}{\Delta} (S^+ a + S^- a^\dagger)]
其中 $\delta = \Delta - \omega_c$ 表示量子比特与腔模式之间的失谐，$S^{\pm} = |\pm\rangle\langle\mp|$ 是与 DQD 哈密顿量的本征态 $|\