육각형 질화붕소의 스핀 큐비트 결맞음 시간 연장에 대한 제일원리 게산이론 연구
First-principles theory of extending the spin qubit coherence time in hexagonal boron nitride
- 주제(키워드) 육각형 질화붕소 , 큐비트 , 결맞음 시간 , isotope engineering , strain engineering , solid-state quantum information
- 주제(DDC) 621.042
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이상운
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000031464
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
육각형 질화 붕소 (h-BN)는 붕소와 질소로 이루어진 2차원 물질로써 최근 이를 활용한 양자 정보 기술 구현을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 육각형 질화 붕소는 큰 밴드갭을 가지고 있어 국소화된 양자 상태를 밴드갭 사이에 만들수 있으며, 실온에서 빛과 스핀의 상호작용을 이용해 스핀 상태를 초기화, 측정및 제어가 가능하다. 이러한 성질을 이용하여 육각형 질화 붕소를 점 결함 기반 스핀 큐비트로 개발하기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 논문에서는육각형 질화 붕소의 스핀 큐비트로 사용하기 위해 필요한 양자 정보 유지할 수있는 시간인 결맞음 시간을 이론적으로 계산해보고, 실용적으로 사용할 수 있도록 결맞음 시간을 늘리는 방법을 탐구하였다. 제일 원리 계산과 군집 상관확장 이론 (CCE)를 통해 육각형 질화 붕소의 점 결함 기반 스핀 큐비트의 결맞음 시간을 예측하였으며, 이러한 결맞음 시간을 더욱 증가시킬 수 있는 방법을 발견하였다. 구체적으로 동위원소 비율을 조정하는 방법과 격자의 구조적 변형을 이용하는 방법을 제안하였다. 또한 이러한 방법을 통해 결맞음 시간이 증가하는 원인을 파악하기 위해 붕소와 질소의 동위원소 비율 변화에 의한 효과와 격자 변형이 스핀 큐비트 결잃음에 미치는 영향을 분석을 하였다. 또한, 본 연구의 결과는 h-BN의 VB- 스핀 큐비트 뿐만이 아니라 h-BN의 다른 가능한 모든 스핀 큐비트에 적용될 수 있는 결과로써, 2차원 물질 기반의 양자 정보 처리 소자의 개발을 앞당길 것으로 기대된다.
more목차
제 1 장 1
1.1. 서론 1
1.2. 스핀 큐비트란 2
1.3. 왜 육각형 질화 붕소를 사용하는가 5
1.4. 육각형 질화 붕소를 이용한 큐비트의 문제점 7
제 2 장 10
2.1. 밀도 범함수 이론 (Density Functional Theory, DFT) 10
2.1.1. Hohenberg-Kohn 정리 11
2.1.2. Kohn-Sham 방정식 12
2.1.3. 국소 밀도 근사와 일반화 물매 근사 16
2.1.4. 유사 퍼텐셜 (Pseudopotential, PP) 17
2.1.5. 초낱칸 방법 (Supercell Method) 19
2.1.6. Hellmann-Feynman 정리 21
2.1.7. 사중극자 상호작용 21
2.2. 결맞음 (Coherence) 23
2.2.1. 스핀 양자 결맞음 23
2.2.2. 밀도 행렬과 시간 연산자 25
2.2.3. 스핀 메아리 25
2.2.4. 스핀 해밀토니언 28
2.2.5. 회전 프레임 29
2.2.6. 군집 상관 확장 이론 (Cluster Correlation Expansion, CCE) 31
제 3 장 33
3.1. 전자 구조 계산 방법 33
3.2. 결맞음 시간 계산 방법 33
3.3. 구조 변형 방법 35
제 4 장 37
4.1. 육각형 질화 붕소 전자 구조와 결맞음 시간 37
4.2. 육각형 질화 붕소 동위원소에 따른 결맞음 시간 44
4.3. 곡률 변화에 따른 결맞음 시간 47
4.4. 결맞음 시간을 최대로 증가 53
제 5 장 55
결론 55
참고문헌 57
