高阶自旋噪音谱的量子理论及其在量子点自旋系统中的应用

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基本信息

  • 批准号：
    11905054
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    李福祥
  • 依托单位：
    湖南大学
  • 学科分类：
    A2502.量子物理与量子信息
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

As one of the candidates of quantum bit in the future quantum computer, quantum dot spin system is challenged by the quantum decoherence process due to the coupling to environment. How to understand the mechanism leading to spin decoherence has always been an important problem in both condensed matter physics and quantum computation. Because of the large number of nuclear spins and their complex dynamics, it becomes very challenging to solve the dynamics of quantum dot central spin. Starting from quantum master equation and taking into account of quantum measurement effect, this project will develop a quantum theory that enables us to calculate the higher order spin noise correlation, and apply it into the newly developed technique of higher order spin noise spectroscopy；Through the calculation of higher order spectroscopy of intrinsic spin fluctuation, we can describe in details the effect of different kinds of interactions on quantum spin dynamics；This project will discuss the relation between interactions such as anisotropy, quadrupole and dipole-dipole, and higher order spin noise spectroscopy in quantum dot spin system, and discover the underlying mechanism of spin decoherence. This project will provide a theoretical basis for deeper understanding of spin decoherence of quantum dot, instruct people to design and fabricate quantum dot spin device with long coherence time, and help the studies in other quantum spin systems.
量子点自旋系统作为未来量子计算机中量子比特的候选者之一，面临的主要挑战是跟外界环境耦合而造成的量子退相干效应。对自旋退相干的物理机制的理解成为凝聚态物理和量子计算领域的一个重要课题。由于核自旋数量巨大且有复杂的动力学过程，量子点中心自旋的动力学求解变得非常困难。本项目将从量子主方程出发，计入量子测量效应，发展一套计算高阶自旋噪音关联的量子理论，并应用到高阶自旋噪音谱这一新技术中；通过对本征自旋涨落的高阶谱的计算，精细刻画不同类型的相互作用对量子自旋动力学过程的影响；探讨量子点自旋系统中各向异性、电四极、磁偶极等相互作用跟高阶自旋噪音谱的内在联系，从而阐明自旋退相干的物理机制。本项目将为深入理解量子点自旋退相干效应提供理论基础，为制备具有长相干时间的量子点自旋器件提供理论指导，也为研究其它量子自旋系统的动力学过程提供有意义的借鉴。

结项摘要

在量子点自旋系统中，发展了计入量子测量效应下的全计数动力学理论，为计算高阶自旋涨落关联函数提供了理论工具；系统地研究了在连续的量子测量之下自旋的量子退相干效应，揭示了不同类型的相互作用，如连续测量的测量强度和外磁场强度，对量子自旋动力学过程的影响；建立了不同时刻下自旋测量结果的地推关系，以此发展了一套高效的数值计算方法，进而获得了在测量强度和磁场强度的参数空间中的自旋动力学的相图。在另一方面，发展了一套被驱动情况下的自旋动力学理论，找到了多状态的含时哈密顿量演化之后的解析解，并将其应用于在拓扑体系在缓慢淬灭下的动力学刻画；我们证明缓慢淬灭动力学下，拓扑不变量不仅可以通过带反转表面上的拓扑信息捕获，而且可以在自旋反转表面上捕获。本项目的研究为制备具有长相干时间的量子点自旋器件提供理论指导.

项目成果

期刊论文数量（12）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Unconventional optical selection rules in ZrTe 5 under an in-plane magnetic field
面内磁场下 ZrTe 5 的非常规光学选择规则
  • DOI：
    10.1103/physrevb.106.205102
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Physical Review B
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Yi-Xiang Wang;Fuxiang Li
  • 通讯作者：
    Fuxiang Li
Field-driven side-by-side magnetic domain wall dynamics in ferromagnetic nanostrips
铁磁纳米带中场驱动的并排磁畴壁动力学
  • DOI：
    10.1103/physrevb.106.014412
  • 发表时间：
    2022-07
  • 期刊：
    Physical Review B
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Sun Zhoujian;Fang Panpan;Shi Xinwei;Wang X. S.;Li Fuxiang
  • 通讯作者：
    Li Fuxiang
Phase diagram and orbital Chern insulator in twisted double bilayer graphene
扭曲双双层石墨烯中的相图和轨道陈绝缘体
  • DOI：
    10.1103/physrevb.103.115201
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Physical Review B
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Yi-Xiang Wang;Fuxiang Li;Zi-Yue Zhang
  • 通讯作者：
    Zi-Yue Zhang
High Chern number phase in topological insulator multilayer structures
拓扑绝缘体多层结构中的高陈数相
  • DOI：
    10.1103/physrevb.104.035202
  • 发表时间：
    2021-07
  • 期刊：
    Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Yi-Xiang Wang;Fuxiang Li
  • 通讯作者：
    Fuxiang Li
Examining the validity of the two-dimensional conical model to describe the three-dimensional ZrTe5
检查二维圆锥模型描述三维 ZrTe5 的有效性
  • DOI：
    10.1103/physrevb.101.195201
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Physical Review B
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Yi-Xiang J. Wang;Fuxiang Li
  • 通讯作者：
    Fuxiang Li

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  • 通讯作者：
    李福祥
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  • 作者：
    刘洪涛;李福祥;LIU Hong-tao,LI Fu-xiang(Institute of Special Chem
  • 通讯作者：
    LIU Hong-tao,LI Fu-xiang(Institute of Special Chem
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  • 期刊：
    IEEE Access
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    徐剑;李福祥;陈科;周福才;Choi Junho;Shin Juhyun
  • 通讯作者：
    Shin Juhyun

其他文献

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拓扑量子系统在非绝热动力学中普适标度行为的理论研究
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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