光與物質(zhì)相互作用是自然界中基本的物理過程之一,而單個(gè)二能級(jí)系統(tǒng)與一個(gè)波色模相耦合,是最簡單的光與物質(zhì)相互作用模型。對(duì)該物理模型的理論研究和實(shí)驗(yàn)研究加深了人們對(duì)量子力學(xué)的理解。作為該模型的物理實(shí)現(xiàn),腔量子電動(dòng)力學(xué)（Cavity Quantum Electrodynamics,CQED）主要研究自然原子和腔光場之間的相互作用。經(jīng)過數(shù)十年的實(shí)驗(yàn)研究,CQED系統(tǒng)已被證明是一個(gè)研究量子光學(xué)和量子信息處理的理想實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。此外隨著對(duì)量子世界不斷深入的理解,實(shí)驗(yàn)技術(shù)條件的不斷發(fā)展以及與不同學(xué)科的交叉（如低溫物理學(xué),超導(dǎo),微波工程,凝聚態(tài)物理等）,人們認(rèn)識(shí)到了將量子相干性作為新的資源帶入“現(xiàn)實(shí)世界”的可能性,例如通過控制光與物質(zhì)的相互作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)量子信息的編碼,操控和讀取（即量子信息處理）。而作為固態(tài)版本的CQED系統(tǒng),電路量子電動(dòng)力學(xué)（Circuit QED）系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)量子信息處理的可能系統(tǒng)引起人們的廣泛關(guān)注,該系統(tǒng)憑借其靈活的可操作性以及可擴(kuò)展性已成為最有希望實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的物理系統(tǒng)之一。在研究新的量子技術(shù)方案的背景下,本文主要探究了電路量子電動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中新的光與人工原子間的有效相互作用的機(jī)制,... 

【文章來源】：南京大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．３：腔量子電動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的示意圖［９８］

??的光學(xué)微腔中來實(shí)現(xiàn)光子與原子的強(qiáng)耦合（如圖１．３所示）。其能夠?qū)崿F(xiàn)光與原??子強(qiáng)耦合原理主要是，一方面腔的波色模的真空漲落分布受到腔的邊界條件限??制（即，減小了模式體積），從而增強(qiáng)了真空場強(qiáng)度。我們可以這樣考慮：一??般單個(gè)原子與一個(gè)腔模式的耦合可以看作是原子作為一個(gè)電偶極子（電偶極距??為ｐ?＝?其中ｇ為電荷量，；為正負(fù)電荷間的距離）與腔內(nèi)頻率為的模式的真??空電場（五〇為腔內(nèi)原子位置處的電場強(qiáng)度）之間的相互作用，即５＝７＾０。根據(jù)??光場的量子理論，真空零點(diǎn)能為心ｃ／２，則其中電場的能量為［１５，?９６］??＾?１１?Ｅ２ｄＶ?＝?ＥｊＥ２０Ｖ，?（１．６）??其中ｅｏ為真空極化率，■＾為模式體積。由上式我們可以得到真空電場強(qiáng)度與模??式體積的關(guān)系??／?Ｊｔｉｏｃ?ＩｆｋｏｃＺｖａｃｃ?（＼?ｉ＼??Ｅ〇?＝?Ｖ＾?＝?Ｖ－＾）?（?７）??這里忍ａｅ?？?３７７ｆ２

界的耦合的大小由兩端的電容大小決定�！侗硎境瑢�(dǎo)共面波導(dǎo)諧振腔內(nèi)的光子損耗速率，??７１和７＜分別表示超導(dǎo)量子比特的能量弛豫速率和純退相位速率。??子比特［１２６］等（如圖１．５所示）。在本世紀(jì)初，在這些系統(tǒng)中相繼觀測到了宏觀??量子現(xiàn)象（如拉比震蕩［１２７－１２９Ｐ以及完成了基本的量子操控（如單量子比特??門，兩量子比特門［１３０］）。這些實(shí)驗(yàn)研宄引發(fā)了之后的基于超導(dǎo)量子電路系統(tǒng)??的量子信息處理新方案和量子光學(xué)的理論研究［［３１，１３２］。此外，這些研究為之??后的電路量子電動(dòng)力學(xué)的建立提供了思路，指引了發(fā)展的方向。??１．３．２超導(dǎo)電路中的腔量子電動(dòng)力學(xué)：電路量子電動(dòng)力學(xué)??如上一子章節(jié)所述，超導(dǎo)量子電路可以作為人工原子來研宄宏觀量子現(xiàn)??象。以腔量子電動(dòng)力學(xué)的概念和方法來研宄超導(dǎo)量子電路中電動(dòng)力學(xué)，人們引??入了電路量子電動(dòng)力學(xué)的框架。如圖１．６所示，在電路量子電動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，超??導(dǎo)量子比特作為人工原子可以具有很大的有效電偶極距，可以到達(dá)自然原子??的１０到１００００倍的量級(jí)


本文編號(hào)：2997387