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摘要：量子点是一个三维受限系统,被认为是实现固态量子计算的重要候选者之一。本论文针对GaAs/AlGaAs半导体双量子点系统在极低温环境下的量子输运性质展开实验和论述上的探讨。本论文主要探讨了两个方面的不足：一是针对并联双量子点系统,通过转变门电压探讨双量子点间的耦合强度变化；二是在串联双量子点系统中,以论述和实验两方面入手,探讨通过施加电脉冲的方式,利用拉比振荡和LZS干涉效应操控电荷量子比特。具体的,本论文有以下主要内容：1.通过引入二维电子气概念,描述了量子点形成的基本原理,随后介绍了用于浅析量子点系统的常相互作用模型,同时对量子点系统中常用的基本概念和现象做了简单介绍,如：电化学势,充电能,库伦菱形,共隧穿等。2.以串联双量子点为例介绍了耦合双量子点系统的充电蜂窝图,推导了双量子点系统耦合强度,充电能等计算策略。3.介绍了半导体量子点在制备历程中用到的一些微纳加工仪器设备以及加工流程,包括光刻,电子束刻蚀,电子束蒸发镀膜等等,接着还介绍了在室温和液氦温度下对样品进行粗测筛选的历程和策略。4.我们实验上测量了横向并联双量子点的电子态。给出了双量子点系统的充电蜂窝图。通过调节两量子点之间的门电极电压,我们实现了双量子点以几乎完全独立到耦合成一个大量子点的转变,该历程连续可控。5.在脉冲驱动下的双量子点系统中,我们通过数值模拟提出了优化电荷量子比特工作参数的策略。结果表明,在操控和测量历程中,脉冲驱动下的电荷量子比特跃迁到其他非目标态的几率,可以通过选择脉冲形状等工作参数得到很好的制约。6.我们探讨了二能级量子系统动力学演化历程随时间和能级失谐量的联系。探讨了两种不同条件下的演化历程,看到了拉比振荡和LZS相干效应。特别地,在脉冲驱动下,我们通过充电蜂窝图、转变脉冲宽度和脉冲振幅观察探讨了LZS相干条纹的演化。本论文的革新点主要有：1.只有很少的电子输运实验在并联的双量子点系统中实现。这里,我们通过输运实验探讨了并联耦合双量子点系统的电子态。以系统的充电图,我们观察到了两个量子点以几乎完全独立到耦合成一个大量子点的耦合强度连续变化历程。精确地制约耦合量子点系统的电子数也为量子信息处理历程提供了一个重要保证。2.数值模拟了脉冲制约下的电荷量子比特演化,结果表明在考虑非目标态耗散的情况下,可以通过优化工作参数,如脉冲形状等,使量子比特保持高保真度演化。更重要的是,我们的策略在更复杂的门操作中同样适用,这对于以后量子信息历程的探讨提供了一种可能的策略和手段。3.在脉冲驱动下的串联双量子点电荷量子比特系统中,我们观察到拉比振荡,这样的结果表明半导体量子点中的电荷量子比特能够很好的制约,同时也说明电荷量子比特很有可能在量子计算中得到很好的运用。4.实现了皮秒量级的超快动力学相位相干演化。在变换脉冲振幅和宽度时,观察到二能级系统电荷量子比特的反能级交叉点和相位的量子相干演化,利用电脉冲操作的方式,结合拉比振荡和LZS相干效应,我们有理由相信在半导体电荷量子比特上能够实现更快的如50ps量级的普适门操作。关键词：量子点论文库伦充电蜂窝图论文电荷量子比特论文拉比振荡论文LZS效应论文
摘要5-7
ABSTRACT7-9
目录9-12
第1章 探讨背景及基本概念12-42
1.1 半导体门型量子点概述12
1.2 二维电子气12-14
1.3 两种门型量子点14-17
1.4 量子点系统基本概念17-25
1.4.1 量子点充放电模型17
1.4.2 常相互作用模型(CI模型)17-18
1.4.3 电化学势18
1.4.4 充电能和库伦阻塞18-21
1.4.5 库仑菱形21-24
1.4.6 共隧穿(Cotunnepng)历程24-25
1.5 双量子点系统25-37
1.5.1 常相互作用下的经典论述模型26-34
1.5.2 量子态下的论述模型34-37
1.6 本章小结37-38
62.1.4 其他常用仪器和设备46-48
2.2 样品加工流程和工艺48-56
2.2.1 湿法刻蚀形成样品工作所需区域(Mesa)48-49
2.2.2 制作欧姆电极49-51
2.2.3 制作样品表面大的门电极51
2.2.4 表面纳米量级门电极的制作51-56
2.3 样品粗测和筛选56-61
2.3.1 焊接样品56
2.3.2 室温下粗测56-58
2.3.3 液氦下粗测58-61
2.4 本章小结61-62