CN108100992B - 一种纳米环的量子纠缠态获取方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米环的量子纠缠态获取方法及其装置。该方法，包括：获取纳米环；对所述纳米环输入电场和磁场，调控第一自旋轨道耦合和第二自旋轨道耦合，以产生量子纠缠态，所述第一自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入所述电场获取的自旋轨道耦合，所述第二自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入磁场获取的自旋轨道耦合。实现了通过对所述纳米环输入电场和磁场，获得产生的量子纠缠态，从而可以较为高效的获得量子纠缠态。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术，尤指一种纳米环的量子纠缠态获取方法及其装置。
背景技术
随着科技的发展，以及近年来移动智能终端和人工智能的发展，人类社会的信息量呈爆炸式增加。
从传统的CPU到GPU，再到FPGA，以及专门面向人工智能计算的ASIC处理器，虽然性能在不断的提升，但均无法满足当前处理信息的需求。现有技术中，人们采用从激光器发出的光子来操控量子态，以实现量子计算对信息进行处理，量子计算每次操作完成的操作数是实际所使用到的叠加的量子态个数的指数倍，例如，一个拥有60个量子态叠加的量子计算机，在一次操作中可完成260的操作能力。
然而，本领域技术人员在实现上述现有技术中发现，从激光器发出的光子具有相当不错的相干性，但使用光子作为量子态的操控性比较难，从而导致无法方便的利用量子纠缠态。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种纳米环的量子纠缠态获取方法及其装置，用以解决无法方便的利用量子纠缠态的问题。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种纳米环的量子纠缠态获取方法，包括：
获取纳米环；
对所述纳米环输入电场和磁场，调控第一自旋轨道耦合和第二自旋轨道耦合，以产生量子纠缠态，所述第一自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入所述电场获取的自旋轨道耦合，所述第二自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入磁场获取的自旋轨道耦合。
进一步的，所述获取纳米环之后，还包括：
向所述纳米环注入N个电子；
通过所述量子纠缠，获得2N个自旋量子纠缠态，N为大于或等于1的整数。
进一步的，所述对所述纳米环输入电场和磁场，调控第一自旋轨道耦合和第二自旋轨道耦合，以产生量子纠缠态之后，还包括：
通过光吸收谱的信息，获取所述纳米环中自旋量子纠缠态的信息。
进一步的，所述纳米环包括砷化镓/铝砷化镓(GaAs/AlGaAs)生成的量子阱。
进一步的，所述纳米环的半径为30纳米。
本发明还提供了一种纳米环的量子纠缠态获取装置，包括：
获取模块，用于获取纳米环；
处理模块，用于对所述纳米环输入电场和磁场，调控第一自旋轨道耦合和第二自旋轨道耦合，以产生量子纠缠态，所述第一自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入所述电场获取的自旋轨道耦合，所述第二自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入磁场获取的自旋轨道耦合。
进一步的，所述处理模块，还用于向所述纳米环注入N个电子；通过所述量子纠缠，获得2N个自旋量子纠缠态，N为大于或等于1的整数。
进一步的，所述处理模块，还用于通过光吸收谱的信息，获取所述纳米环中自旋量子纠缠态的信息。
进一步的，所述纳米环包括砷化镓/铝砷化镓(GaAs/AlGaAs)生成的量子阱。
进一步的，所述纳米环的半径为30纳米。
本发明提供的纳米环的量子纠缠态获取方法及其装置，通过获取纳米环；对所述纳米环输入电场和磁场，调控第一自旋轨道耦合和第二自旋轨道耦合，以产生量子纠缠态，所述第一自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入所述电场获取的自旋轨道耦合，所述第二自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入磁场获取的自旋轨道耦合。实现了通过对所述纳米环输入电场和磁场，获得产生量子纠缠，从而可以较为高效的获得量子纠缠态。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明纳米环的量子纠缠态获取方法一实施例的流程示意图；
图2为本发明纳米环的量子纠缠态获取方法二实施例的纳米环结构示意图；
图3为本发明纳米环的量子纠缠态获取装置一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明实施例提供的纳米环的量子纠缠态获取方法具体可以应用于量子计算机的实现。本实施例提供的纳米环的量子纠缠态获取方法可以通过纳米环的量子纠缠态获取装置来执行，该纳米环的量子纠缠态获取装置可以集成在物理机，或者单独设置，其中，该纳米环的量子纠缠态获取装置可以采用软件和/或硬件的方式来实现。以下对本实施例提供的纳米环的量子纠缠态获取方法及装置进行详细地说明。
图1为本发明纳米环的量子纠缠态获取方法一实施例的流程示意图；图2为本发明纳米环的量子纠缠态获取方法二实施例的纳米环结构示意图；如图1所示，本实施例的执行主体可以是纳米环的量子纠缠态获取装置，本发明提供的纳米环的量子纠缠态获取方法，包括：
步骤101、获取纳米环。
在本实施例中，纳米环可以是通过GaAs和AlGaAs的量子阱实现的。
具体的，量子阱可以通过分子束外延(MBE)或化学气相沉积(CVD)方法来生长获得，如图2所示，在衬底的[001]方向生长一层厚度有几个纳米的AlGaAs层，接着，再在AlGaAs层上生长一层厚度有几个纳米的GaAs层，再接着，在GaAs层上生长一层厚度有几个纳米的AlGaAs层，然后，在最上面的AlGaAs层生长一层金属薄膜，该金属薄膜可以用做门电极，最后，将该金属薄膜进行刻蚀，获得一圆环型的纳米环。其中，该纳米结构量子环的半径一般在几十个纳米。
步骤102、对所述纳米环输入电场和磁场，调控第一自旋轨道耦合和第二自旋轨道耦合，以产生量子纠缠态。
在本实施例中，所述第一自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入所述电场获取的自旋轨道耦合，所述第二自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入磁场获取的自旋轨道耦合，其中，第一自旋轨道耦合可以是Rashba自旋轨道耦合(Rashba spion-orbit interaction，简称RSOI)，第二自旋轨道耦合可以是Dresselhaus自旋轨道耦合(Dresselhaus spin-orbitinteraction，简称DSOI)。
在本实施例中，获取纳米环；对所述纳米环输入电场和磁场，调控第一自旋轨道耦合和第二自旋轨道耦合，以产生量子纠缠态，所述第一自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入所述电场获取的自旋轨道耦合，所述第二自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入磁场获取的自旋轨道耦合。实现了通过对所述纳米环输入电场和磁场，获得产生量子纠缠，从而可以较为高效的获得量子纠缠态，进而可以方便的利用量子纠缠态。
在上述实施例的基础上，所述获取纳米环之后，还包括：
向所述纳米环注入电子；
所述电子通过所述量子纠缠，获得自旋量子纠缠态。
其中，所述电子通过所述量子纠缠，获得自旋量子纠缠态，包括：
N个电子通过所述量子纠缠，获得2N个自旋量子纠缠态，N为大于或等于1的整数。
具体的，纳米环中一般可以注入一个或数个电子。通过外加的电场和/或磁场可使纳米环中的电子具有RSOI和DSOI相互作用。一般的从理论上来讲，在同时存在RSOI和DSOI相互作用的情况下，单个电子的哈密顿量可以描述为：
上式中第一项代表QR(quantum ring，量子环)中电子的动能，第二项表示RSOI相互作用，第三项表示DSOI相互作用，第四项表示塞曼劈裂，第五项表示QR的径向限制势场。
当QR中注入多个电子时，其多电子哈密顿量可以通过二次量子化的方法表示为：
其中第一项表示单电子态，第二项表示电子-电子相互作用。
上述哈密顿量的解代表了多电子态的能谱，特别是基态能级，代表了量子态的叠加，不同的电子数可形成不同的多重态，如附图2所示。具体的多重态与电子数的关系如表一所示：
表一
举例来讲，对于向纳米环注入2个电子的情形，电子的单态将会三重态耦合，形成总共含有4个量子态的量子纠缠态；对于向纳米环注入3个电子情形，形成总共含有的量子纠缠态的数目为23＝8个；类似的，于对向纳米环注入4个电子，将会是形成16个自旋量子纠缠态；向纳米环注入5个电子，将会是形成32个自旋量子纠缠态；向纳米环注入6个电子，将会是形成64个自旋量子纠缠态。即，对于向纳米环注入N个电子，可形成的可能的自旋量子纠缠态的数目为2N个。当这些自旋量子纠缠态代表不同的量子演化时，即可以一次操作完成2N次计算。因此，这种利用纳米环中不同的电子数制造出的2N个量子自旋纠缠态的性质，可以用来设计算中的量子比特。
进一步的，在上述实施例的基础上，所述对所述纳米环输入电场和磁场，调控第一自旋轨道耦合和第二自旋轨道耦合，以产生量子纠缠态之后，还包括：
通过光吸收谱的信息，获取所述纳米环中自旋量子纠缠态的信息。
具体的，基于光子与电子的偶极相互作用，吸收系数可以表示为：
从而，根据对光吸收谱的信息，确定纳米环中自旋量子纠缠态的信息。
图3为本发明纳米环的量子纠缠态获取装置一实施例的结构示意图；如图3所示，本发明提供的纳米环的量子纠缠态获取装置，包括：获取模块31和处理模块32，其中，
获取模块31，用于获取纳米环；
处理模块32，用于对所述纳米环输入电场和磁场，调控第一自旋轨道耦合和第二自旋轨道耦合，以产生量子纠缠态，所述第一自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入所述电场获取的自旋轨道耦合，所述第二自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入磁场获取的自旋轨道耦合。
在本实施例中，获取纳米环；对所述纳米环输入电场和磁场，调控第一自旋轨道耦合和第二自旋轨道耦合，以产生量子纠缠态，所述第一自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入所述电场获取的自旋轨道耦合，所述第二自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入磁场获取的自旋轨道耦合。实现了通过对所述纳米环输入电场和磁场，获得产生量子纠缠，从而可以较为高效的获得量子纠缠态，进而可以方便的利用量子纠缠态。
在上述实施例的基础上，所述处理模块32，还用于向所述纳米环注入N个电子；通过所述量子纠缠，获得2N个自旋量子纠缠态，N为大于或等于1的整数。
进一步的，在上述实施例的基础上，所述处理模块32，还用于通过光吸收谱的信息，获取所述纳米环中自旋量子纠缠态的信息。
优选的，在上述实施例的基础上，所述纳米环包括砷化镓/铝砷化镓(GaAs/AlGaAs)生成的量子阱。
优选的，在上述实施例的基础上，所述纳米环的半径为30纳米。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种纳米环的量子纠缠态获取方法，包括获取纳米环；其特征在于，包括：
对所述纳米环输入电场和磁场，调控第一自旋轨道耦合和第二自旋轨道耦合，以产生量子纠缠态，所述第一自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入所述电场获取的自旋轨道耦合，所述第二自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入磁场获取的自旋轨道耦合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取纳米环之后，还包括：
向所述纳米环注入N个电子；
通过所述量子纠缠，获得2N个自旋量子纠缠态，N为大于或等于1的整数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述纳米环输入电场和磁场，调控第一自旋轨道耦合和第二自旋轨道耦合，以产生量子纠缠态之后，还包括：
通过光吸收谱的信息，获取所述纳米环中自旋量子纠缠态的信息。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述纳米环包括砷化镓/铝砷化镓(GaAs/AlGaAs)生成的量子阱。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述纳米环的半径为30纳米。
6.一种纳米环的量子纠缠态获取装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取纳米环；
处理模块，用于对所述纳米环输入电场和磁场，调控第一自旋轨道耦合和第二自旋轨道耦合，以产生量子纠缠态，所述第一自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入所述电场获取的自旋轨道耦合，所述第二自旋轨道耦合包括对所述纳米环输入磁场获取的自旋轨道耦合。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理模块，还用于向所述纳米环注入N个电子；通过所述量子纠缠，获得2N个自旋量子纠缠态，N为大于或等于1的整数。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理模块，还用于通过光吸收谱的信息，获取所述纳米环中自旋量子纠缠态的信息。
9.根据权利要求6-8任一项所述的装置，其特征在于，所述纳米环包括砷化镓/铝砷化镓(GaAs/AlGaAs)生成的量子阱。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述纳米环的半径为30纳米。
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