激光场失谐辅助的单层 WSe$_2$ 激子谷动力学优化：几何量子速度极限

在二维半导体背景下，优化谷动力学是精确操控量子比特的有效手段。在本工作中，我们构建了一个包含单层 WSe$_2$ 中激子的谷内和谷间通道的综合模型，并同时考虑了光与物质的相互作用，以研究具有初始相干激子态的谷动力学的最优控制。基于量子速度极限（QSL）理论，我们提出了两种最优控制方案，旨在减少谷动力学达到目标状态的演化时间，并提升一段时间内的演化速度。此外，我们强调动力学优化的实施与失谐差密切相关——即 K 和 K' 谷之间激子-激光场失谐的差异——该差异由光激发模式和磁致谷分裂决定。特别地，我们揭示了微小的失谐差驱动实际动力学路径收敛于初态与末态之间的测地线长度，使系统能够以最短时间演化。尤其是，在存在谷相干性的情况下，实际演化时间与计算得到的 QSL 时间几乎重合，从而促进了基于谷量子比特的信息传输的高保真度。值得注意的是，我们证明了通过采用大的失谐差，可以显著增强谷动力学的演化速度，这甚至在无初始极化的情况下也能诱导出新出现的谷极化。我们的工作为谷电子学应用中光学调控激子物理开辟了新范式，并可能为量子比特信息传输速度极限等一些紧迫问题提供解决方案。