基于约瑟夫森结参数放大器的超导量子比特态函数的精确测量

发布时间：2017-08-24 01:25

  本文关键词：基于约瑟夫森结参数放大器的超导量子比特态函数的精确测量

  更多相关文章： 量子计算 超导量子比特 约瑟夫森结参数放大器 信噪比 噪音温度

【摘要】：量子计算机在解决如分解大数质因子等问题方面拥有经典计算机无法比拟的优越性。基于约瑟夫森结的超导量子比特近年来在器件相干性能和操控精度上都有了相当幅度的提升,已成为实现量子计算机的主要候选物理载体之一。本论文首先介绍了量子计算的基本概念,包括量子比特的基本原理和量子逻辑门,其次介绍了基于约瑟夫森结的超导量子比特的物理实现。在超导量子比特的研究中,实现对量子比特态函数的快速精确的读取至关重要。在回顾各种读取方式的基础上,本论文重点介绍了基于超导谐振腔的色散读取方式。在我们的Xmon量子比特样品电路中,每个量子比特都通过各自的读取谐振腔与一条公共信号传输线相耦合。当量子比特处在不同的状态时,读取谐振腔的共振频率会有微小移动,从而导致公共信号传输线上微波的透射系数S21在IQ复平面内发生微小变化,基于此我们可以读取量子比特的状态信息。由于需要读取的微波信号的变化仅相当于一个能量子的大小,极其微弱,我们需要在读取线路上使用放大器并尽量减小额外引入的噪音。我们与合作者研制并标定了具有自主知识产权的两种不同带宽的约瑟夫森结参数放大器,以达到单发(single-shot)测量即能确定性的区分量子态的精度要求。我们测得约瑟夫森结参数放大器的工作频率范围在5-7GHz,增益可以达到20 dB,最大带宽可以达到800 MHz,饱和功率约在-113 dBm,同时引入的噪音温度低至量子极限。利用约瑟夫森结参数放大器,实验信号的信噪比得到了显著提高,量子态的区分度在亚微秒的读取时间内达到90%以上。这些参数放大器将为实验室后续基于多比特的量子相干操纵实验提供有力的支持。
【关键词】：量子计算 超导量子比特 约瑟夫森结参数放大器 信噪比 噪音温度
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O413;TP38
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 前言10-12
• 第1章 超导量子计算的介绍12-30
• 1.1 量子比特的基本概念12-13
• 1.2 量子逻辑门的基本介绍13-17
• 1.2.1 单量子比特门14-16
• 1.2.2 两量子比特门16-17
• 1.3 超导量子比特的物理实现17-24
• 1.3.1 超导约瑟夫森结17-21
• 1.3.2 由超导约瑟夫森结构成的超导量子比特21-24
• 1.4 读取超导量子比特的状态24-30
• 1.4.1 破坏性读取方式24-27
• 1.4.2 非破坏性读取方式27-30
• 第2章 实验读取线路上的放大器30-40
• 2.1 一般放大器30-32
• 2.1.1 常温放大器30-31
• 2.1.2 低温放大器31-32
• 2.2 约瑟夫森结参数放大器32-36
• 2.3 串联放大器系统的噪音分析36-40
• 2.3.1 Y因子法测量噪音温度36-38
• 2.3.2 计算串联放大器系统的噪音温度38-40
• 第3章 实验测量系统40-54
• 3.1 芯片封装40-42
• 3.2 制冷系统42-45
• 3.3 测量线路45-54
• 3.3.1 衰减器46-47
• 3.3.2 滤波器47-49
• 3.3.3 低温旋转器49-51
• 3.3.4 偏置器51-52
• 3.3.5 磁屏蔽罩52-54
• 第4章 对约瑟夫森结参数放大器的调控与研究54-72
• 4.1 约瑟夫森结参数放大器的调控步骤54-60
• 4.2 对约瑟夫森结参数放大器的研究60-68
• 4.3 约瑟夫森结参数放大器在实验上的应用68-72
• 第5章 总结与展望72-73
• 参考文献73-75

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