摘要：由非平衡驱动的热传导通过物理接触传递内部的热能.描述热传导的数学方程是一个典型的偏微分方程.它广泛存在于各种工程问题中,例如粒子扩散、航天器设计和稀释制冷机运行.本文提出了一种显著优于经典算法的热传导量子算法,并在量子硬件上演示了热传导过程.作者通过一个辅助量子比特构造的对称系统来表示原始热传导系统,使得量子线路的复杂度减少到离散格点数量的对数多项式量级.与现有的基于Harrow-Hassidim-Lloyd的线性方程算法相比,本文的方法直接演化线性过程,不进行相位估计,避免相位估计涉及复杂的量子门操作和较大的输出误差,便于在目前的量子硬件实现,显示了该算法是实验友好特性.并且,作者在核自旋量子处理器上实现了两端恒温和绝热条件的一维热传导过程,温度的时空分布与理论预言很好的吻合.该算法可以自然地应用于可归约为热方程的物理过程.

摘要：铁电薄膜中的带电界面会产生低维的受限电荷,从而诱导很多诸如二维电子气等新奇的物理性质,在未来的纳米电子器件中具有很大的应用潜力.然而这些带电界面通常会产生巨大的退极化场,很难稳定存在.本文利用晶界工程在多铁Bi Fe O_(3)中制备几何结构和电荷密度可调控的带电界面.这些Bi Fe O_(3)晶界是以Sr Ti O_(3)双晶衬底为模板制备的,具有厘米级的二维尺寸和小于1 nm的厚度.通过压电力显微镜和球差矫正透射电子显微镜测量Bi Fe O_(3)晶界处极化取向和原子结构,我们发现10°,22.6°和36.8°的Bi Fe O_(3)晶界都会形成头对头的极化构型.另外,极化大小在晶界附近并没有受到明显的抑制,表明在晶界处自由载流子和缺陷等很好地屏蔽了极化电荷.因此,这种头对头的极化导致晶界处聚集极化电荷,形成了一个带电的二维界面.通过控制双晶模板的角度可以调控Bi Fe O_(3)中晶界的角度和携带的电荷量,为设计基于带电界面的器件提供了新思路.