紧束缚模型中耦合静电半导体与超导量子点图结构上N电子相互作用系统的解析解及其在量子信息处理中的应用

本文给出了一种紧束缚模型的解析解，该模型针对基于位置的量子比特以及由准一维耦合量子点网络实现的N个相互作用量子比特，该网络可表示为二维和三维中任意拓扑的连通或断开图，且每个分离图上有一个电子。在忽略自旋自由度的情况下，描述了电子在各种电磁环境下的量子动力学状态。针对任意物理场演化情形推导并给出了保持二能级系统占据数的Hadamard门与相位旋转门作用的解析公式。描述了置于基于位置量子比特中的量子态加热与冷却过程。描述了基于位置量子比特与电磁腔的相互作用。特别地，给出了基于位置量子比特间的非局域通信。这为在静电CMOS量子计算机（量子芯片）之间实现量子互联网提供了前景。描述了超导约瑟夫森结与在耦合半导体量子点中实现的半导体基于位置量子比特之间的接口，其可作为超导与半导体量子计算机之间静电接口的基础。通过极简紧束缚模型，发现了由于半导体量子比特邻近存在以及其与超导量子比特的静电相互作用所引起的约瑟夫森结中Andreev束缚态的修正。所得结果可用于创建半导体量子计算机与超导量子计算机之间的接口。它们为构建类似QISKIT的软件开辟了前景，该软件将描述两类量子计算机及其接口。