自旋密度矩阵 I：一般理论与精确主方程

我们考虑一种情形：受限在量子点 (QDs) 中的相互作用电子要么距离太近而无法分辨，要么我们不希望应用能分辨它们的测量。此时，物理可观测量仅为电子自旋（无法明确地将自旋归属于某个量子点），系统状态完全由自旋密度矩阵描述。考虑到空间自由度，我们考察了仅针对自旋自由度的哈密顿量描述在何种程度上是有效的。我们表明，只要单重态和三重态之间没有耦合，这种描述确实成立；但当存在此类耦合时，会出现开放系统效应，即即使不与真实热浴相互作用，动力学也是非幺正的。我们的主要重点是基于我们为自旋密度矩阵推导出的 Lindblad 形式和时间卷积less (TCL) 形式的精确主方程，对非幺正效应及其对量子计算的影响进行调查。特别是，我们证明了海森堡相互作用不影响幺正部分（除了兰姆位移外），但确实影响自旋密度矩阵时间演化的非幺正贡献。在后续论文中，我们将对包含自旋 - 轨道效应的双量子点示例系统进行详细分析。