介观输运特性及其退相干机制研究

【摘要】： 计算机技术的发展对微电子集成工艺的要求愈来愈高，目前Intel的CPU微加工技术已达0．09微米，很快进入纳米量级。在微米量级经典欧姆定律还成立。一旦到了纳米量级，量子强关联效应将显现，欧姆定律将失效，以欧姆定律为基础信息技术的发展将会遇到难以逾越的障碍。为了扫清障碍，有两条路径可供选择，一是继续研究纳米量级的电子输运规律—介观量子输运规律，以期纳米量级的经典计算能包容量子强关联效应。二是彻底抛弃经典计算方案而寻求全新的计算方案—量子计算方案。 本文正是基于上述两个方面开展一些研究工作，第一章系统介绍介观输运中的一个特殊效应Kondo效应，为全文的具体研究做前提和铺垫。第二章用多体关联动力学改进的集团展开方法，研究量子点的输运特性，算出了电子输运电导中的Kondo效应。第三章用格林函数方法在Lacroix's近似下，研究量子点耦合AB环的输运特性，算出Fano效应，并发现Fano效应抑制Kondo效应的奇特现象。第四章介绍Kondo单态的退相干机制，指出相移测量也是一种Kondo单态的退相干机制。第五章用激光二能级原子系统实现量子计算的基本单元一位通用量子逻辑门，并讨论该激光二能级原子系统的退相干过程及其加上反馈控制后二能级原子系统相干性恢复过程。 本文的创新点主要体现在五个方面：一、采用经关联动力学改进的集团展开方法(该方法超越了Lacroix近似且包含了两个传导电子的关联)，计算了单杂质安德森模型的输运，主要计算了微分电导(以前的文献只计算了态密度而尚未计算微分电导)。我们计算的微分电导曲线中的狭窄尖峰体现了Kondo效应，与实验观察一致。二、在Lacroix近似下用格林函数运动方程结合集团展开方法，计算了量子点耦合AB环模型的输运，主要计算了零偏压电导和微分电导。我们计算的零偏压电导曲线中的非对称线形体现了Fano效应，与实验观察一致。同时还发现Fano效应抑制Kondo效应的奇特现象。三、通过计算比对单杂质安德森模型、量子点耦合AB环模型和量子点接触QPC模型中的Kondo效应的异同，指出相移测量也是Kondo单态退相干机制之一，也就是说我们发现了一种新的退相干机制。四、采用代数动力学方法用激光二能级原子系统实现了单比特通用量子逻辑门。五、任何量子逻辑门都必须克服退相干问题，我们在马尔科夫近似下，讨论了激光二能级原子系统的退相干过程。还讨论了在加载马尔科夫反馈控制下激光二能级原子系统相干性的恢复过程。 本文的研究工作深化了对介观输运特性及Kondo单态退相干机制认识，获得了许多有意义的结果。同时拓展了人们对单比特退相干及其单比特相干性在反馈控制下恢复过程的理解。