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基于約瑟夫結(jié)超導(dǎo)量子器件的量子現(xiàn)象研究

發(fā)布時間:2019-09-04 17:47
【摘要】:本文是對我這幾年在超導(dǎo)量子比特工作的一個匯報。特別是對其中超導(dǎo)磁通量子比特的宏觀量子現(xiàn)象的精密測量以及數(shù)據(jù)理論分析。文章分為四個章節(jié):一、何為約瑟夫森結(jié)超導(dǎo)量子器件,進行這項研究的意義何在;二、如何在具體操作中實現(xiàn)對超導(dǎo)量子比特的精密測量,實驗器材、流程、測量電路設(shè)計、測量環(huán)境降噪等的相關(guān)介紹;三、對超導(dǎo)磁通量子比特的具體研究,1:宏觀共振隧穿現(xiàn)象,2:對其低頻磁通噪聲的測量分析,第四章介紹由Landau-Zener效應(yīng)引發(fā)的量子干涉現(xiàn)象。 首先介紹量子計算的發(fā)展概況,從量子計算的起源,基本原理,誘人前景開始談起,并著重介紹了超導(dǎo)量子比特的基本器件約瑟夫森結(jié)的物理原理,最后介紹了三種常見的超導(dǎo)量子比特——相位量子比特,電荷量子比特,磁通量子比特的結(jié)構(gòu),原理,以及這三種量子比特的測量和操控的實現(xiàn)。 其次,在改進測量系統(tǒng),降低噪音方面,提高測量精度方面,我們先后進行了多項實驗研究,改進參數(shù)測定方式,改良屏蔽罩,設(shè)計制作直流電源供電的低噪聲放大器,4.2K測量桿平臺作為一個簡易平臺,仍有發(fā)揮余地,測量相位量子比特樣品很方便。在這個平臺上我們進行了約瑟夫森相位擴散試驗,用多重俘獲的模型對Kramers公式做了修正。 在對超導(dǎo)磁通量子比特的研究中,我著重研究了宏觀共振隧穿現(xiàn)象,進行了多種不同參數(shù)不同樣品的測量,觀測到了非常清晰有說服力的共振隧穿現(xiàn)象,并且從數(shù)據(jù)分析里發(fā)現(xiàn)了磁通劈裂。這既是對我們測量系統(tǒng)精度的一個肯定,也對磁通量子比特在量子計算里的應(yīng)用前景研究工作有一定的意義。 同時,我還對磁通噪音這一原理較復(fù)雜的現(xiàn)象進行測定,從粒子在雙勢阱的分布率和磁通的關(guān)系曲線中,分析得到了低頻磁通噪聲強度SΦ(1Hz)。進一步我們測量了在不同溫度下的SΦ(1Hz),結(jié)果表明在49.4mK到400mK溫度區(qū)間,SΦ(1Hz)隨溫度呈平方關(guān)系增長。研究其與溫度變化的關(guān)系。這些對以后小組的實驗都有參考和應(yīng)用價值。 另外,我們還觀測到了超導(dǎo)磁通量子比特中研究中由Landau-Zener躍遷引起的量子干涉效應(yīng)。既有單免交叉點的Landau-Zener躍遷造成的粒子分布概率翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象,也有兩個相鄰免交叉點間的Landau-Zener躍遷。我們對這兩種模型都進行了精確的理論擬合,與實驗數(shù)據(jù)吻合很好。這對超導(dǎo)量子比特作為宏觀量子系統(tǒng),其多比特的糾纏在量子力學(xué)的基礎(chǔ)研究方面也有著極其重要的意義。 以上有關(guān)超導(dǎo)量子比特的研究都是在兩種測量電路:帶通電路和低通電路的輪換使用中完成。我們設(shè)計的低通測量電路,具有低噪音,精確度等特點,可以精確測定約瑟夫森結(jié)的跳變電流分布,為后續(xù)更復(fù)雜的實驗打好基礎(chǔ)。而我們的帶通測量電路,除了低噪音,高精度以外,還有著很好的協(xié)同性和多信號操控性能,可以實現(xiàn)較為復(fù)雜的量子比特測量,為以后實現(xiàn)多個量子比特的耦合操控等實驗打下了良好的基礎(chǔ)。 希望本文作為一個綜合性的闡述文,能使讀者對量子計算,超導(dǎo)量子比特的原理以及測量操控過程有大體的認知,也對我這幾年的工作有所了解。最后,希望在本實驗室工作的后來者能從此文里得到一些實驗相關(guān)經(jīng)驗,更快的上手,更好得研究。以上,是我對此文的期望。
【學(xué)位授予單位】:南京大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2012
【分類號】:O413;TP38

【參考文獻】

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1 叢山樺;孫國柱;王軼文;曹俊宇;陳健;于楊;吳培亨;;超導(dǎo)磁通量子比特中的共振隧穿現(xiàn)象[J];稀有金屬材料與工程;2008年S4期

2 曹俊宇;孫國柱;王軼文;叢山樺;陳健;于揚;吳培亨;;低通、帶通電路在超導(dǎo)磁通量子比特測量中的應(yīng)用[J];稀有金屬材料與工程;2008年S4期

3 叢山樺;王軼文;孫國柱;于揚;陳健;吳培亨;;超導(dǎo)磁通量子比特低頻磁通噪聲的測量[J];低溫物理學(xué)報;2012年01期

4 黃永華;方蕾;王如竹;;以氦-3為工質(zhì)的回熱式氣體制冷機性能分析[J];科學(xué)通報;2010年35期

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本文編號:2531895

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