Введение
Глава 1. Обзор литературы .14
1.1 Квантовые точки в квантовой информатике. Общие сведения 14
1.2 Экспериментальная реализация прототипов зарядовых кубитов на КТ в двумерном электронном газе с электрическим управлением 18
1.3 Гибридные системы на базе кристаллических КТ с оптическим управлением в фотонных структурах 24
1.4 Особенности теоретического описания и моделирования свойств КТ в МР 31
1.5 Методы экспериментального исследования квантовых битов и чипов на КТ, интегрированных в фотоную сеть 37
1.6 Экспериментальная реализация одно- и двухкубитных операций на экситонных, спиновых и фотонных кубитах на КТ в МР 46
1.7 Выводы к Главе 1 .59
Глава 2. Двойная квантовая точка в роли зарядового кубита с электрическим управлением 61
2.1 Однокубитные операции в медленно меняющемся электрическом поле 61
2.2 Идеальная двухкубитная операция CNOT 65
2.3 Неидеальная двухкубитная операция CNOT .73
2.4 Выводы к Главе 2 77
Глава 3. Двойная квантовая точка в роли зарядового кубита с лазерным управлением 78
3.1 Принцип оптического переноса электрона между квантовыми точками .78
3.2 Когерентная динамика электрона в двойной асимметричной квантовой точке 79
3.3 Энергетический спектр электрона в наноструктуре из двух “почти кубических” квантовых точек и матричные элементы электронных переходов 84
3.4 Осцилляции Раби электрона в двойной симметричной квантовой точке .92
3.5 Когерентная динамика электрона в тройной асимметричной квантовой точке 106
3.6 Выводы к Главе 3 117
Глава 4. Двойная квантовая точка в роли спинового кубита с лазерным управлением 119
4.1 Энергетический спектр и собственные состояния двух электронов в симметричной ДКТ 119
4.2 Резонансные и рамановские переходы в двухэлектронной ДКТ в бихроматическом лазерном поле 123
4.3 Квантовые операции и запутывание с участием спиновых и орбитальных состояний двухэлектронной ДКТ .132
4.4 Выводы к Главе 4 134
Глава 5. Квантовая сеть на основе одноэлектронной цепочки квантовых точек 135
5.1. Резонансный перенос электрона в одномерных многоямных структурах .135
5.1.1. Принцип организации межкубитных связей путем электронного транспорта .135
5.1.2. Выбор параметров изолированных ям 136
5.1.3. Статические параметры многоямной наноструктуры .140
5.1.4. Одноэлектронная динамика в многоямной структуре .145
5.1.5. Оптимизация процесса переноса в несимметричной структуре .153
5.2. Операция CPHASE на двух удаленных зарядовых кубитах 154
5.2.1 Принцип реализации условных перемещений электрона в ВС 154
5.2.2 Линейная вспомогательная структура и зарядовый ОКТ-кубит .156
5.2.3 Транспозиционная реализация вентиля CPHASE на удаленных кубитах .165
5.3. Селективный перенос электрона между квантовыми точками в кольцевой структуре под действием резонансного импульса 169
5.3.1 Постановка задачи 169
5.3.2 Моделирование спектральных свойств кольцевой структуры на основе КТ 170
5.3.3 Квантовая динамика электрона в замкнутой цепочке (кольце) КТ 176
5.4. Выводы к Главе 5 .181
Глава 6. Прототипы квантовых регистров на КТ 184
6.1. Непрямое взаимодействие в кластере из трех зарядовых ОКТ-кубитов .184
6.1.1 Структура кластера и селективность переходов 184
6.1.2 Однокубитные операции на одноэлектронной ОКТ 185
6.1.3 Трехкубитный кластер и вспомогательная структура 190
6.1.4 Условные операции в трехкубитном кластере .196
6.2 Схема помехоустойчивых квантовых вычислений для прототипа квантового регистра из девяти кубитов (код Шора) .204
6.2.1 Принцип запутывания кубитов через их взаимодействие с одноэлектронной ВС 204
6.2.2 Обусловленный перенос электрона вдоль квазиодномерной цепочки квантовых точек 205
6.2.3 ППЭ и сдвиг фазы кубита в трехуровневом приближении 210
6.2.4 Принципиальная схема вентилей CPHASE и CNOT с использованием ППЭ в ВС .211
6.2.5 Девятикубитный код Шора в планарном регистре на основе КТ 212
6.3 Выводы к Главе 6. 215
Глава 7. Архитектура-прототип квантового компьютера на КТ и донорных атомах .217
7.1. Одноэлектронная донорная пара как альтернатива полупроводниковой ДКТ .217
7.2. Электронные переходы в молекулярном Н2+ - ионе в лазерном поле .219
7.3. Обработка квантовой информации .223
7.3.1 Принципиальная схема полномасштабного квантового компьютера .223
7.3.2 Инициализация 227
7.3.3 Однокубитные вращения и двухкубитная операция CZ .227
7.3.4 Считывание результата вычислений .233
7.3.5 Сохранение когерентности эволюции кубитов 236
7.4. Пути оптимизации дизайна структуры квантового регистра на донорных атомах 238
7.5. Выводы к Главе 7 243
Глава 8. Квантовые вычисления на зарядовых кубитах на двойных квантовых точках в фотонных структурах 244
8.1. Общая структура квантового регистра с зарядовыми ДКТ кубитами в микрорезонаторе .244
8.1.1 Принцип однофотонного управления состоянием ДКТ 244
8.1.2 Модель взаимодействующих ДКТ и МР в однофотонном режиме .245
8.1.3 Одно- и двухкубитные операции и хранение результата вычислений в ДКТ кубите .250
8.1.4 Масштабируемая схема квантового регистра .261
8.2. Квантовые операции на зарядовых ДКТ кубитах в МР с электростатическим управлением в режиме ридберговской блокады 267
8.2.1 Модель взаимодействующих ДКТ и МР в многофотонном режиме .267
8.2.2 Однокубитные повороты в многофотонном поле МР 269
8.2.3 Двухкубитные операции в режиме ридберговской блокады 270
8.3. Принципы формирования фотонных структур с КТ из отдельных МР .279
8.3.1 Общие сведения о фотонных молекулах и модель сильной связи .279
8.3.2 Фотонная молекула из двух резонаторов Фабри – Перо 283
8.3.3 Примеры практической реализации элементов фотонных сетей на основе ФМ, МР, волноводов и КТ 288
8.4. Выводы к Главе 8 291
Глава 9. Моделирование спектроскопического отклика зарядового кубита в микрорезонаторе 294
9.1 Общее представление о спектроскопии КТ-систем в квантовом режиме .294
9.2 Модель и основные уравнения .295
9.3 Некогерентные процессы в ДКТ 299
9.4 Численное моделирование квантовой эволюции ДКТ в МР 305
9.5 Резонансный отклик ДКТ в рабиевском и в установившемся режимах .307
9.6 Нерезонансный отклик ДКТ в рабиевском и в установившемся режимах 314
9.7 Выводы к Главе 9 .315
Глава 10. Квантовая память на двойной квантовой точке в микрорезонаторе .317
10.1. Преобразователь частоты (конвертор) на основе полупроводниковой ДКТ с лазерным
управлением в МР 317
10.1.1 Принципиальная схема частотной конверсии .317
10.1.2 Модель конвертора на основе ОКТ в МР .319
10.1.3 Обмен квантом между МР и ДКТ 325
10.1.4 Частотная конверсия фотона с учетом диссипации 326
10.2. Квантовая память на зарядовом кубите в оптическом микрорезонаторе .331
10.2.1 Одноэлектронная ДКТ как кубит памяти 331
10.2.2 Принципиальная схема узла памяти и описание модели 332
10.2.3 Результаты моделирования процесса записи 337
10.3. Выводы к Главе 10 .344
Заключение 345
Литература .350
