双量子点系统中的能谱、交换相互作用与门串扰：分子轨道计算

我们基于分子轨道方法对包含一对单重态-三重态自旋量子比特的四电子四量子点系统进行了理论研究。我们明确考虑了所有量子点中电子波函数的混合，并发现这种波函数混合对系统的能谱、交换相互作用以及门串扰产生影响。具体而言，我们发现当两个单重态-三重态量子比特足够接近时，某些态不再由计算基态主导，且交换相互作用不能简单地理解为单重态与三重态之间的能量差。利用Hund-Mulliken方法计算Hubbard参数，我们表征了系统的有效交换相互作用，并在适用情况下与通过能量差计算得到的结果取得了良好的一致性。我们研究了两种常见的耦合两个量子比特的方案，即交换耦合和电容耦合，并发现当量子比特间距处于某些中间值时，两种耦合强度相当，这使得对两个量子比特演化的分析变得复杂。我们还研究了由于电子态的量子力学混合导致的系统中的门串扰，并发现虽然这种效应通常非常微弱，但如果量子比特之间的间距与构成量子比特的双量子点之间的距离相似或更小，则不应忽略。