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World File Search System电子自旋
翻转模式电偶极自旋共振
硅自旋量子比特的最新进展增强了它们作为可扩展量子信息处理平台的地位。随着单量子比特门保真度超过 99.9% [1]，双量子比特门保真度不断提高[2-6]，以及该领域向大型多量子比特阵列发展的步伐[7,8]，开发高效、可扩展的自旋控制所需的工具至关重要[9]。虽然可以利用交流磁场在量子点 (QDs) 中实现单电子自旋共振 [10]，但所需的高驱动功率和相关热负荷在技术上具有挑战性，并限制了可达到的拉比频率 [11]。随着自旋系统扩展到几个量子比特以外，最小化耗散和减少量子比特串扰的自旋控制方法对于低温量子信息处理将非常重要 [12]。电偶极自旋共振 (EDSR) 是传统电子自旋共振的一种替代方法。在 EDSR 中，静态梯度磁场和振荡电场用于驱动自旋旋转 [13]。有效磁场梯度的来源因实现方式而异：本征自旋轨道耦合 [14-16]、超精细耦合 [17] 和 g 因子调制 [18] 已用于将电场耦合到自旋态。微磁体产生的非均匀磁场 [19, 20] 已用于为 EDSR 创建合成自旋轨道场，从而实现高保真控制 [1]。方便的是，该磁场梯度产生了一个空间自旋轨道场。
半导体量子处理器中的量子比特读出
量子比特读出是量子计算机中需要在单个量子比特上实现的三个基本量子操作之一，它具有一量子比特门和二量子比特门。获得具有合理保真度的量子计算结果至关重要。它对于容错量子计算和量子纠错 (QEC) 协议也至关重要，因为它允许见证和追溯计算流程中发生的错误 [1]。在半导体量子电路中，要求量子比特读出保真度高于 99%，速度低于每发一微秒，以保证 QEC 效率并确保具有竞争力的计算运行时间。此外，为了在运行算法时调整测量性能 [4]，需要进行重复 [2] 或量子非破坏性测量 [3]。自旋读出操作的关键性能系数是保真度（或检测效率）、速度（必须快于弛豫时间 T1）以及能够执行读出所需的基本组件数量（储存器、量子点等）。直接测量量子点中捕获的单个电子自旋产生的磁场是一项非常具有挑战性的任务，2000 年初的一项“绝技”实验已经证明了这一点 [5]。除了复杂性之外，它还相当慢（ms），与量子计算不兼容。在半导体中，自旋读出是通过将自旋转换为电荷信息来执行的，并在接近 µs 的时间尺度上探测电子的电荷特性。
量子技术材料：自旋和拓扑的路线图
量子力学推动了技术上有用的组件（例如晶体管、激光器、磁隧道结等）的发展，这些组件改变了我们的经济和社会。下一代量子技术 (QT) 将基于叠加和纠缠的物理学，需要开发能够支持这些效应的新材料。在本期《观点》中，我们重点关注自旋和拓扑的材料实现，作为未来 QT 中可利用的量子对象，为计算、传感、通信和信息存储的新策略奠定基础。在固态材料中，自旋自由度可用于单自旋极限，其中孤立自旋的光学和电子控制可以实现高保真度的相干控制和自旋操纵。最近，基于微妙但强大的相对论自旋轨道耦合的概念已经实现了几个令人兴奋的突破，包括实空间和动量空间中的拓扑自旋纹理。磁性 skyrmion 是一个标志性的例子；它们的拓扑保护在纳米尺度上实现了巨大的稳定性，从而引发了将它们用作信息载体的令人兴奋的提议。稳健的自旋纹理也出现在拓扑绝缘体的动量空间中，可以产生高效的自旋电荷转换。将自旋轨道耦合的物理特性和新型自旋纹理与超导性相结合，可以进一步发挥协同作用，利用材料的量子力学相并生成新的序参量。在窄带隙和宽带隙半导体中实现的电子自旋量子比特现在已经为纳米级光通信网络和传感提供了最有前途的平台之一。
使用超低噪声 SQUID 放大器实现量子点的灵敏射频读取
半导体中的电子自旋是最先进的量子比特实现方式之一，也是利用工业工艺制造的可扩展量子计算机的潜在基础 [1–3]。一台有用的计算机必须纠正计算过程中不可避免地出现的错误，这需要很高的单次量子比特读出保真度 [4]。用于错误检测的全表面码要求在计算机的每个时钟周期内读出大约一半的物理量子比特 [5]。直到最近，自旋量子比特装置中的单次读出只能通过自旋到电荷的转换来实现，由附近的单电子晶体管 (SET) 或量子点接触 (QPC) 电荷传感器检测 [6–9]。然而，如果使用色散读出，硬件会更简单、更小，这利用了双量子点中单重态和三重态自旋态之间的电极化率差异 [10–13]。可以通过与量子点电极之一粘合的射频 (RF) 谐振器监测由此产生的两个量子比特状态之间的电容差异。量子点中的电荷跃迁也会发生类似的色散偏移，这样反射信号有助于调整到所需的电子占据 [14–16]。色散读出的优势在于它不需要单独的电荷传感器，但即使在自旋衰减时间较长的系统中，电容灵敏度通常也不足以进行单次量子比特读出 [17–23]。最近，已经在基于双量子点的系统中展示了色散单次读出 [24–28]，但为了提高读出保真度，仍然需要更高的灵敏度。
室温反铁磁共振和逆自旋霍尔
我们从理论和实验上研究了由具有 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用的倾斜反铁磁体共振引起的自旋泵浦信号，并证明它们可以产生易于观察的逆自旋霍尔电压。使用双层赤铁矿/重金属作为模型系统，我们在室温下测量反铁磁共振和相关的逆自旋霍尔电压，其值与共线反铁磁体一样大。正如对相干自旋泵浦的预期，我们观察到逆自旋霍尔电压的符号提供了有关模式手性的直接信息，这是通过比较赤铁矿、氧化铬和亚铁磁体钇铁石榴石推断出来的。我们的研究结果通过对具有低阻尼和倾斜矩的反铁磁体进行功能化，开辟了产生和检测太赫兹频率自旋电流的新方法。当代自旋电子学利用电子自旋进行信息处理和微电子学，主要基于铁磁器件架构。从提高数据处理速度和缩小片上信息处理规模的长远发展来看 [1]，反铁磁体自旋电子学是一个很有前途的途径 [2]。与铁磁体相比，反铁磁体的关键优势在于它们的共振频率通过子晶格的交换耦合得到增强，因此通常在太赫兹范围内 [2,3]。然而，在补偿反铁磁体中，净矩的缺失严重阻碍了对其超快动力学的简单获取，尤其是在薄膜中，以及基于超快反铁磁体的器件的开发 [4,5]。因此，界面自旋输运现象可以为反铁磁体中的自旋弛豫过程和自旋动力学提供新的见解 [5–8]。
使用超低噪声 SQUID 放大器实现量子点的灵敏射频读出
半导体中的电子自旋是最先进的量子比特实现方式之一，也是利用工业工艺制造的可扩展量子计算机的潜在基础 [1–3]。一台有用的计算机必须纠正计算过程中不可避免地出现的错误，这需要很高的单次量子比特读出保真度 [4]。用于错误检测的全表面码要求在计算机的每个时钟周期内读出大约一半的物理量子比特 [5]。直到最近，自旋量子比特装置中的单次读出只能通过自旋到电荷的转换来实现，由附近的单电子晶体管 (SET) 或量子点接触 (QPC) 电荷传感器检测 [6–9]。然而，如果使用色散读出，硬件会更简单、更小，这利用了双量子点中单重态和三重态自旋态之间的电极化率差异 [10–13]。可以通过与量子点电极之一粘合的射频 (RF) 谐振器监测由此产生的两个量子比特状态之间的电容差异。量子点中的电荷跃迁也会发生类似的色散偏移，这样反射信号有助于调整到所需的电子占据 [14–16]。色散读出的优势在于它不需要单独的电荷传感器，但即使在自旋衰减时间较长的系统中，电容灵敏度通常也不足以进行单次量子比特读出 [17–23]。最近，已经在基于双量子点的系统中展示了色散单次读出 [24–28]，但为了提高读出保真度，仍然需要更高的灵敏度。
具有 Rashba 自旋轨道耦合的二维电子气的量子关联
纠缠是量子力学的一个关键概念，在量子信息和计算领域得到了广泛的研究[1,2]。纠缠也成为多体物理学中的一个重要现象[3]，涵盖量子自旋系统[4-6]、近藤效应[7,8]、分数量子霍尔效应[9-11]、非相互作用电子气的自旋[12,13]等各个方面。关联函数对于描述多体系统的物理现象至关重要，因此，研究纠缠和关联函数之间的联系是合乎逻辑的。量子不和谐[14,15]是另一种类型的量子关联，它衡量了量子互信息和经典关联之间的差异。这种关联已被证明可用于某些量子技术任务[16,17]，同时也具有理论意义，因为它使用一种不同于传统纠缠态与可分离态分类的方法来表征量子关联。它也有助于研究某些多体系统中的关联程度[18-20]。另一个备受关注的课题是拉什巴效应[21-27]，它是一种自旋轨道耦合 (SOC)，发生在缺乏结构反演对称性的纳米结构中。在不断发展的自旋电子学研究领域[28]，拉什巴 SOC是一种基本工具，它允许利用电场精确控制电子自旋。由于该系统具有与电子气体相同的多体性质，因此研究这种关联具有重要意义。多体物理学中的一个重要概念是费米子的交换空穴，它是由泡利不相容原理产生的。这种基本类型的关联即使在没有粒子间相互作用的情况下也存在。交换空穴可以从两粒子密度矩阵
通过偶极相互作用实现稳健的核自旋纠缠...
超冷极性分子在量子模拟、计量和信息处理方面具有巨大潜力，因为它们具有强电偶极 (ED) 相互作用，这种相互作用既长距离，又各向异性，更重要的是，可调 [1 – 16] 。将它们用于这些目标的必要条件是能够利用其固有的 ED 相互作用来创建高度纠缠和长寿命的分子状态，这些状态对环境退相干具有鲁棒性，例如用于增强传感的自旋压缩态 [17 – 19] ，或用于基于测量的量子计算的簇状态 [20 – 25] 。到目前为止，简单的双碱分子（如 KRb）的旋转态已被提议作为编码量子比特的主要主力和自然自由度 [1 – 12] 。这是因为长寿命旋转态可以通过长程电致发光相互作用直接耦合，并由微波 (mw) 场操纵 [26,27] 。然而，旋转态具有重要的局限性，阻碍了它们用于纠缠生成：(1) 在不同旋转状态下制备的超冷分子通常会经历不同的捕获势，因此容易受到不良退相干的影响，导致相干时间短 [28 – 30] ； (2) 多体哈密顿参数的微调需要使用强大且控制良好的直流电场 E [1,11] 。由于这些场需要时间来切换和变化，因此使用旋转态之间的长程电致发光相互作用按需生成纠缠仍然是一项重大的实验挑战。为了克服这些重要的限制，我们在此提出利用超冷极性分子中可访问的更大的内部能级集，其中包括核和/或电子自旋能级以及它们的旋转结构。总的来说，这些能级可以用作按需纠缠生成的强大资源。通过将有效自旋-1 = 2 编码为一组核自旋和旋转分子能级，我们利用了长
通过偶极相互作用实现稳健的核自旋纠缠...
超冷极性分子在量子模拟、计量和信息处理方面具有巨大潜力，因为它们具有强电偶极 (ED) 相互作用，这种相互作用既长距离，又各向异性，更重要的是，可调 [1 – 16] 。将它们用于这些目标的必要条件是能够利用其固有的 ED 相互作用来创建高度纠缠和长寿命的分子状态，这些状态对环境退相干具有鲁棒性，例如用于增强传感的自旋压缩态 [17 – 19] ，或用于基于测量的量子计算的簇状态 [20 – 25] 。到目前为止，简单的双碱分子（如 KRb）的旋转态已被提议作为编码量子比特的主要主力和自然自由度 [1 – 12] 。这是因为长寿命旋转态可以通过长程电致发光相互作用直接耦合，并由微波 (mw) 场操纵 [26,27] 。然而，旋转态具有重要的局限性，阻碍了它们用于纠缠生成：(1) 在不同旋转状态下制备的超冷分子通常会经历不同的捕获势，因此容易受到不良退相干的影响，导致相干时间短 [28 – 30] ； (2) 多体哈密顿参数的微调需要使用强大且控制良好的直流电场 E [1,11] 。由于这些场需要时间来切换和变化，因此使用旋转态之间的长程电致发光相互作用按需生成纠缠仍然是一项重大的实验挑战。为了克服这些重要的限制，我们在此提出利用超冷极性分子中可访问的更大的内部能级集，其中包括核和/或电子自旋能级以及它们的旋转结构。总的来说，这些能级可以用作按需纠缠生成的强大资源。通过将有效自旋-1 = 2 编码为一组核自旋和旋转分子能级，我们利用了长
量子物理（PHY204 / PSO201A）< / div>
日程安排：讲座：星期一和星期一12：00-13：00在L4中；教程：星期三12：00-13：00：T109-T112;第L1节： - L2节： - 第L3节： - 第L4节： - 办公时间：课程网站：http：//home.iitk.ac.in/~akjha/poso201a.htm课程内容：这是量子物理学的第一门课程，从了解一些基本物理现象开始，无法通过经典的机制来解释一些基本的物理现象。在讨论了量子物理学的制定后，我们将讨论其在现代科学和工程上的某些应用。假定了一些经典力学和波浪的知识。在数学工具中，我们将使用微积分，微分方程和复杂变量。这是本课程中将涵盖的主题的初步列表。我们可能会添加/删除一些主题到列表中/从列表中：基本线性代数。量子力学，黑体辐射，光电效应，康普顿效应，de-broglie假设及其实验验证的基础。与时间无关和时间依赖性的schrodinger方程，出生的解释，期望值，自由粒子波形和波袋，不确定性原理。在盒子中固定的schrodinger方程的溶液，有限孔中的粒子，跨步势的反射和传输，应用于诸如Alpha-decay，一维谐波振荡器之类的现象。解决氢原子基础状态的固定状态schrodinger方程的解，激发态的讨论，通过引入电子自旋和保利的排除原理对周期表的解释，Stern Gerlach实验，两级系统。游离粒子波 - 函数和金属，kronig-penny模型以及一个维度的频带的形成。光与物质的相互作用，爱因斯坦的现象学理论，状态的寿命，激光器。单个光子干扰和连贯性的简介。量子信息和量子纠缠简介。参考书：（这是一些参考书。在整个课程的整个过程中，都不能遵循特定的书作为文本。，但我们可以将这些书之一用作一组给定主题的文本。）