1、量子力學(xué)一百年來促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，隨著量子計(jì)算和量子信息的理論探索和實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，量子系統(tǒng)展現(xiàn)出了巨大的潛力。由于相干性帶來的并行性，其能力遠(yuǎn)超過經(jīng)典計(jì)算機(jī)。但是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算和量子信息的要求是非?？量痰?，固態(tài)體系因?yàn)榫哂锌杉尚院涂烧{(diào)節(jié)性的優(yōu)點(diǎn)，成為重要的物理平臺，主要包括超導(dǎo)系統(tǒng)、量子點(diǎn)系統(tǒng)等。同時(shí)，控制參數(shù)的噪音和系統(tǒng)與外界環(huán)境的耦合，引起了系統(tǒng)的消相干。用于精確量子調(diào)控的Berry相位中幾何退相位的出現(xiàn)，也破壞了幾何相位的可觀

2、測性。而衡量量子系統(tǒng)性能最重要的指標(biāo)便是在相干時(shí)間內(nèi)能夠進(jìn)行多少個(gè)量子邏輯門操作。提高相干時(shí)間的方法有量子糾錯(cuò)碼、消相干自由子空間、動力學(xué)去耦合等。
　　本論文針對這些熱點(diǎn)，主要圍繞固態(tài)體系的消相干效應(yīng)和量子調(diào)控展開，主要包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容:
　　1.簡單介紹了量子計(jì)算和量子信息的基本單元量子比特和相應(yīng)的邏輯門操作?？偨Y(jié)了常見的量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)平臺，尤其以固態(tài)量子體系為重點(diǎn)，介紹了其量子化方法。對于開放量子系統(tǒng)，分別給

3、出了馬爾科夫主方程和非馬爾科夫主方程的推導(dǎo)。本論文中還要用到幾何相位的概念，這里主要闡述了Berry相位以及對其的推廣。對于本文中用到的基礎(chǔ)知識和相關(guān)背景我們進(jìn)行了一定概括。
　　2.固態(tài)體系電荷量子比特會在簡并點(diǎn)（甜蜜點(diǎn)）處表現(xiàn)出最好的相干性質(zhì)，但是最近在雙量子點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)中除了觀測到甜蜜點(diǎn)之外，還在大偏置區(qū)實(shí)現(xiàn)了比甜蜜點(diǎn)更長的消相干時(shí)間。為了揭示其中的機(jī)制，我們將體系擴(kuò)展到三能級，考慮其中一個(gè)量子點(diǎn)中的更高能級。利用自旋玻色模型描

4、述體系與環(huán)境的相互作用，發(fā)現(xiàn)偏置較大時(shí)兩個(gè)低能態(tài)位于同一個(gè)量子點(diǎn)中，能級弛豫和純退相位都會消失。但是在甜蜜點(diǎn)，噪音算符與能量較低的兩個(gè)態(tài)的子空間存在σx型耦合，引起了額外的弛豫過程，從而使此處的相干性質(zhì)不如大偏置區(qū)。通過數(shù)值模擬相干控制過程，得到的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常吻合，驗(yàn)證了我們對消相干物理機(jī)制分析的有效性。絕熱沖擊模型可以把整個(gè)控制過程簡化為光學(xué)干涉設(shè)備，進(jìn)而討論了脈沖形狀對振蕩可見度的影響和利用帽子型脈沖提高可見度的方法。

5、r>　　3.經(jīng)典波動場導(dǎo)致動力學(xué)相位的隨機(jī)分布，從而引起量子系統(tǒng)的動力學(xué)退相位。對于實(shí)現(xiàn)Berry相位的控制過程，它也會引起閉合環(huán)路的擾動，從而產(chǎn)生幾何退相位。傳統(tǒng)的動力學(xué)去耦合序列可以抵消動力學(xué)相位并且有效抑制動力學(xué)退相位，但是對幾何退相位并沒有效果。我們設(shè)計(jì)了Berry相位控制過程中的兩種動力學(xué)去耦合序列，可以抑制殘留的幾何退相位，其可行性經(jīng)過了數(shù)值計(jì)算的驗(yàn)證。并且隨著幾何退相位的抑制，量子系統(tǒng)的相干性提高，Berry相位也會得到恢

6、復(fù)。當(dāng)經(jīng)典波動場的關(guān)聯(lián)時(shí)間變短時(shí)，抑制效率會降低。我們還說明了π脈沖的寬度比較窄時(shí)，實(shí)際控制不會破壞設(shè)計(jì)序列的抑制效果。
　　4.利用超導(dǎo)傳輸線振子可以構(gòu)成耦合振子陣列，人造二能級原子與相鄰的兩個(gè)傳輸線振子耦合，由于干涉可以形成控制單光子輸運(yùn)的量子開關(guān)，其開關(guān)狀態(tài)由量子比特處于自旋向上還是自旋向下決定。在耦合陣列中，我們預(yù)先調(diào)節(jié)與二能級原子耦合的傳輸線振子的特征頻率，單光子輸運(yùn)開關(guān)的保真度可以極大提高。如果二能級原子處在疊加態(tài)，量