بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله درهمتنیدگی یک کوانتومدات دو الکترونی را بررسی میکنیم که درون میدان مغناطیسی یکنواخت قرار میگیرد.جهت این میدان در راستای محور Zاست - سپس یک مدل دقیقاً حلپذیر را برای کوانتومدات در نظر میگیریم.
-1 مقدمه
نظریه اطلاعات کوانتومی تعمیمی از نظریه اطلاعات کلاسیک با استفاده از قوانین مکانیک کوانتومی است. امروزه، نظریه اطلاعات کوانتومی، توسعه گسترده ای در بین فیزیکدانان یافته است. درهمتنیدگی، مفهومی کلیدی در نظریه اطلاعات کوانتومی است. همچنین دارای جاذبه اساسی در تست تجربی مکانیک کوانتومی است . تشخیص در هم تنیدگی یکی از مسائل بنیادی در علم اطلاعات کوانتومی است.
این مسئله، از یک سو برای کارهای تجربی مهم است زیرا اینکه یک حالت تولید شده درهمتنیده است یا نه میتواند معیاری برای موفقیت یک آزمایش باشد .از سوی دیگر تشخیص در هم تنیدگی مسئلهای چالش برانگیز برای کارهای نظری شده است زیرا علیرغم پیشرفت زیاد، هنوز به طور کامل حل نشده استبه. علاوه، اخیراً معلوم شده است که درهم تنیدگی یک منبع بسیار مهم در فرآیندهای اطلاعات کوانتومی مانند ترابرد کوانتومی ، محاسبات کوانتومی ، رمزنگاری کوانتومی ، و مخابرات کوانتومی است
بنابراین تولید و کنترل حالتهای درهمتنیده دو هدف عمده در مبحث اطلاعات کوانتومی هستند. در همتنیدگی کوانتومی به زبان ساده جفت شدن خواص مکانیکی دو ذره است، ذراتی که پیش تر با یکدیگر در اندرکنش بوده و سپس از یکدیگر جدا شده اند. این خاصیت میتواند برای ذراتی همچون فوتونها، الکترونها و حتی مولکول ها رخ دهد. این اندرکنش فیزیکی مربوط به خواصی نظیر مکان، تکانه، اسپین و قطبش و... است به گونه ای که با تعیین هر یک از خواص برای یکی از دو ذره همان خاصیت در دیگری تعیین میشود.
به عبارت دیگر هر یک از ذرات جفت شده به خوبی توسط حالت کوانتومی مشابه توصیف میشوند. فناوری نانو یکی از آخرین دستاوردهای علمی است که دریچه ی امیدبخش و جدیدی را در دنیای امروز گشوده است. کوانتومداتیک نانوذره از یک ماده، مثلاً ابر رسانا، است که قطر آن از 2 تا 10 نانومتر - در حدود قطر 50 اتم - متغیر است. به دلیل این کوچکی اندازه، نقطه کوانتومی دارای خواص اپتیکی و الکتریکی منحصر به فردی است.
اسپین الکترونی در یک نقطه کوانتومی، به دلیل داشتن زمان همدوسی طولانی و امکان تنظیم همدوس آن با استفاده از یک میدان مغناطیسی، یکی از نوید بخشترین کاندیداها برای مجموعه متنوعی از ابزارهای پردازش اطلاعات کوانتومی است اما برای عملی کردن یک فرایند پردازش اطلاعات کوانتومی، ضروری است که با واهمدوسی ناشی از برهمکنش با محیط مقابله شود
این نانوذرات, عموماً نیمه-هادیهایی از جنس CdSe - سلنید کادمیوم - هستند که بوسیله یک پوسته نیمههادی دیگر از جنس ZnS - سولفید روی - پوشیده شدهاند و توانایی نشر نورهای با رنگ مختلف را دارند, که رنگ نور به اندازه کریستال آنها بستگی دارد. در واقع کوانتومدات چاه پتانسیلی است که از چند نیمههادی با گروهبندیهای متفاوت از لایههای رسانش تشکیل شده است
برای مثال یک لایه ضخیم 10 نانومتر از ,GaAs بصورت یک کانال کوانتومی بین لایههای عایق AlGaS قرار گرفته است, که از آن یک جریان گاز الکترونی دو بعدی عبور میکند. بدلیل وجود محدودیت کوانتومی در راستای Z - ضخامت - و حرکت الکترونهای آزاد در صفحه xy حرکت دو بعدی است. ولتاژ اعمالشده بوسیله الکترودهای خارجی تشکیلشده روی سطوح عایق, این گاز را در ناحیه محدودی محبوس میکند - یعنی در چاه گیراندازی الکترون - .
سطوح انرژی در این چاه گسسته است, بنابراین طبیعی است که ویژگیهای فیزیکی کوانتومدات بوسیله دینامیک کوانتومی تعیین شود.[4] در سیستمهای فرمیونی محدود, درهمتنیدگی با دینامیک همبستگی الکترونها مرتبط است. ما در این مقاله یک کوانتومدات دو الکترونی را در یک میدان مغناطیسی یکنواخت قرار می-دهیم و اثر میدان مغناطیسی را روی درهمتنیدگی کوانتومی کوانتومدات بررسی میکنیم.
-2 مدل و محاسبات بنیادی:
ویژگیهای الکترونی یک QD شبه - ایزوله را که دارای تعداد کمی الکترون است, میتوان برحسب مدلهای سادهای بیان کرد. در این مدلها عقیده بر این است که الکترونها در یک میدان پتانسیل مؤثر حرکت میکنند که این پتانسیل مؤثر از طریق دینامیک توأم برهمکنش الکترون - الکترون و چاه پتانسیل گیراندازی الکترونها بوجود آمده اند. اگر تعداد الکترون های محبوس در کوانتومدات کم باشد تابع موج الکترون در نزدیکی مینیمم چاه پتانسیل جایگزیده میشود که مینیمم چاه پتانسیل با هر شکلی را میتوان، حول نقطه مینیمم x0، با پتانسیل نوسانگر هارمونیک - طبق بسط تیلور زیر - بخوبی تقریب زد :
بنابراین مدل یک نوسانگر هارمونیک سه بعدی که یکی از فرکانسهای آن z از دوتای دیگر x , y بزرگتر است, میتواند بعنوان میدان پتانسیل مؤثر برای یک کوانتومدات با تعداد الکترونهای کم، در نظر گرفته شود. نتایج ناشی از آزمایشات اپتیکی IR در میدانهای مغناطیسی این مدلها را توجیه میکنند. به ویژه این آزمایشات نشان میدهند که فرکانس رزنانس مستقل از تعداد الکترونها در QD هاست.
