發(fā)布時(shí)間：2020-05-27 10:54

【摘要】：近20年來,基于約瑟夫森結(jié)的超導(dǎo)量子線路成為一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)。在量子計(jì)算方面,有多種形式的超導(dǎo)量子比特實(shí)驗(yàn)演示,其中Xmon型超導(dǎo)量子比特實(shí)現(xiàn)了高精度的操控、非破壞的單次讀出、長(zhǎng)相干時(shí)間,并進(jìn)行了量子糾錯(cuò)實(shí)驗(yàn)演示和多比特糾纏的實(shí)驗(yàn)演示。在量子光學(xué)方面,超導(dǎo)人工原子實(shí)現(xiàn)了與微波光子的強(qiáng)耦合和超強(qiáng)耦合,演示了諸如電磁誘導(dǎo)透明等一系列的量子光學(xué)現(xiàn)象。我們也對(duì)超導(dǎo)量子線路進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究,探索其在量子計(jì)算、量子信息和量子光學(xué)方面的可能應(yīng)用。主要包括超導(dǎo)磁通量子比特的基本操控和測(cè)量,并以此研究了我們系統(tǒng)的噪聲和干擾。超導(dǎo)共面波導(dǎo)諧振腔Q值的測(cè)量,其中我們研究不同的基片、表面處理工藝、制備工藝等對(duì)超導(dǎo)共面波導(dǎo)諧振腔品質(zhì)因子的影響,由此來提高超導(dǎo)量子比特的相干時(shí)間。實(shí)驗(yàn)研究了 Xmon超導(dǎo)量子比特在縱場(chǎng)調(diào)制下的量子光學(xué)效應(yīng),并演示利用縱場(chǎng)調(diào)制實(shí)現(xiàn)單微波光子水平的路由控制。我們用共面波導(dǎo)諧振腔和Xmon超導(dǎo)量子比特的耦合系統(tǒng)研究腔誘導(dǎo)的Autler-TownesSplitting(ATS)效應(yīng),實(shí)驗(yàn)演示了單光子控制的ATS效應(yīng)的可能性,這個(gè)效應(yīng)可以用來實(shí)現(xiàn)單光子控制的單微波光子水平的路由器。用單個(gè)Xmon超導(dǎo)量子比特實(shí)驗(yàn)演示了熱力學(xué)中的可逆性和耗散關(guān)系,通過外加微波驅(qū)動(dòng)單個(gè)Xmon超導(dǎo)量子比特按指定正向和逆向路徑幺正演化,然后在正逆過程中對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)作態(tài)的層析。通過初末態(tài)躍遷幾率計(jì)算出外界對(duì)系統(tǒng)做的功,通過正逆過程中對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的態(tài)來計(jì)算相對(duì)熵。對(duì)比正逆過程相對(duì)熵與過程中外界對(duì)系統(tǒng)做的功,我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持了量子熱力學(xué)理論。用單個(gè)Xmon超導(dǎo)量子比特模擬了 Ising鏈的動(dòng)力學(xué)相變。通過測(cè)量得到不同Ising鏈不同動(dòng)量模的演化數(shù)據(jù),我們可以看到當(dāng)初態(tài)哈密頓量Hi和末態(tài)哈密頓量Hf在不同相,動(dòng)力學(xué)相變有奇點(diǎn)。當(dāng)Hi和Hf在同一相,動(dòng)力學(xué)無奇點(diǎn)。我們還研究了不同末態(tài)參數(shù)的動(dòng)力學(xué)相變,也研究了布里淵區(qū)動(dòng)量數(shù)目對(duì)動(dòng)力學(xué)相變的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)相一致。
【圖文】：

森結(jié)的超導(dǎo)宏觀量子線路的相關(guān)研宄，近二十較為熱門的一個(gè)研宄領(lǐng)域。其中，超導(dǎo)量子比ｔ息領(lǐng)域的一個(gè)重要的研宄方向，從單比特的邏輯門的實(shí)現(xiàn)，到量子糾錯(cuò)的演示，以及多比單的量子算法的實(shí)驗(yàn)演示，展現(xiàn)出超導(dǎo)量子比潛能。另，將超導(dǎo)量子線路作為人工原子時(shí)，由微波傳輸線等實(shí)現(xiàn)強(qiáng)耦合，因此有一系列的微一節(jié)介紹量子計(jì)算，第二節(jié)介紹超導(dǎo)量子比特，比特方面的研究進(jìn)展，第四節(jié)介紹利用超導(dǎo)量的實(shí)驗(yàn)，第五節(jié)介紹我在博士期間的相關(guān)工作特簡(jiǎn)介逡逑的超導(dǎo)量子比特逡逑ＩＤ逡逑Ｓ邐閔邐ｍ逡逑

而約瑟夫森結(jié)可以看做非線性電感（具體可參見附錄Ａ），由于其非線逡逑性勢(shì)導(dǎo)致能級(jí)具有非諧性，所以最低兩個(gè)能級(jí)是可分離的。選取最低兩個(gè)能級(jí)作逡逑為纛子比特＝能級(jí)，如圖１．２所示逡逑Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ邋ｊｕｎｃｔｉｏｎ：邋ｎｏｎｌｉｎｅａｒ邋ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ逡逑0ｎ逡逑Ｌｊ邋￣邋２ｔｉ／ｃＣ０Ｓ（Ｐ邐邐Ｃｊ逡逑＼邋▲邋Ｉ邋ｈａｒｍｏｎｉｃ邋／邐＾逡逑ｅｎｅｒｇｙ逡逑Ｑｕｂｉｔ邋ｉ邋＼＿７逡逑ｉ＿邋邐邐邐邐邐邐逡逑ａｎｈａｒｍｏｎｉｃ邋ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ逡逑圖１．２約瑟夫森結(jié)可當(dāng)做非線性電感［１＇約瑟夫森非線＾使得能級(jí)具有非諧性，最低兩個(gè)逡逑能級(jí)可分離？選取栜兩個(gè)能級(jí)作為超導(dǎo)量子比特的二能級(jí)．逡逑接下來屆先介紹相位董于比特（Ｐｈａｓｅ邋ｑｕｂｉｔ），有兩種形式的相位量子比特，，逡逑第一種是電流偏置的單約瑟夫森結(jié)，如圖１．３邋（ａ）所示。在電流偏置下，其勢(shì)能逡逑曲線為ｆ差：衣板：型，表爾為：逡逑Ｕ邋＝邋－Ｅｊ（（ｆ＞Ｉ／Ｉｃ邋＋邋ｃｏｓｃ／））邐（１．１）逡逑其中為偏孞電流，４為約瑟夫森結(jié)的臨界電流，０為約瑟夫森結(jié)兩端的相位逡逑S獯暌擄迨頻囊桓鍪期逶諭跡保沖澹ǎ猓┲謝觶坑璞忍嗇薌洞υ謔期逯�，选辶x先∑渥畹土礁瞿薌段孔穎忍嗇薌�。而哇E保沖澹ǎ猓┲惺期宓納疃瓤梢醞ü緬義系緦鰨吹鶻�，ａ邋／大时，势阱会变浅＾灾o笛櫓�，初孰H苯媒閑�，数R洛義媳冉仙

本文編號(hào)：2683424