А. Н. ВОРОНЬКО, Л. А. ОПЕНОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ОПЕРАЦИИ С ЗАРЯДОВЫМИ КУБИТАМИ
В ЧЕТЫРЕХУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЕ
НА БАЗЕ ДВУХЪЯМНОЙ НАНОСТРУКТУРЫ
Теоретически исследованы операции с зарядовыми кубитами в системе из двух туннельно-связанных полупроводниковых квантовых точек. Описаны три режима проведения квантовых операций. Все аналитические результаты подтверждены численными расчетами.
Операции с зарядовыми кубитами, проводимые с помощью лазерных импульсов, исследовались в работах [1,2], в которых рассматривалась трехуровневая система на базе двух квантовых точек. В реальных же системах спектр возбужденных состояний может иметь и большее число уровней, разделенных малой энергетической щелью. С целью исследования квантовых операций в таких системах была рассмотрена двухъямная структура, изображенная на рис. 1.
Рис. 1. Схематическое изображение потенциальной энергии электрона 
в симметричной двухъямной наноструктуре вдоль оси 
, проходящей через минимумы потенциала. 
– энергии стационарных состояний
; 
– расстояние между возбужденными уровнями 2 и 3; 
– частота лазерного импульса; 
и 
– отстройки частоты от уровней 2 и 3 соответственно
Если а) минимумы симметричного потенциала разделены достаточно высоким барьером, так что основное состояние электрона двукратно вырождено (волновые функции состояний 
и 
локализованы в окрестности разных минимумов); б) в верхней части спектра имеется пара близких по энергии состояний 
и 
, представляющих собой симметричную и антисимметричную суперпозицию возбужденных состояний левой и правой ямы; в) матричные элементы дипольных переходов 
отличны от нуля, то существует три различных режима индуцированных лазерным излучением операций с зарядовым кубитом (то есть три режима переноса электрона между состояниями и при участии “вспомогательных” возбужденных состояний).
В резонансном режиме, когда частота лазера настроена на строгий резонанс с одним из возбужденных уровней (например, 
), время операции 
ограничено снизу условием 
, где 
– расстояние между уровнями в дублете (только при выполнении этого условия точность операции с кубитом близка к единице). Поэтому 
.
В нерезонансном режиме, когда 
, время операции 
минимально, если частота настроена строго посередине между уровнями 2 и 3 (
). При этом время операции 
из-за “условия нерезонансности” (более того, 
).
В “квазирезонансном” режиме частота тоже настроена между уровнями 2 и 3, но условие отсутствует, поэтому минимальное время операции 
примерно на порядок меньше, чем в резонансном режиме и может оказаться существенно меньше времени декогеренции (времени, за которое происходит потеря когерентности) зарядовых состояний 
нс (например, 
нс при 
мэВ).
Подчеркнем, что все аналитические результаты, полученные нами приближенно в различных предельных случаях, подтверждены строгими численными расчетами.
Список литературы
1. Openov L.A. // Phys. Rev. B. 1999. V. 60. P. .
2. , // ФТП. 2004. Т. 38. С. 94-101.
