当前位置:主页 > 科技论文 > 电子信息论文 >

可调半波长超导共面波导谐振器的研究

发布时间:2019-06-10 10:06
【摘要】:随着对计算速度和存储容量越来越高的要求,经典计算机终将不能满足人们的需求,量子计算机必然会成为时代发展的产物。超导量子比特被大量的实验证实是实现量子计算的最佳方案,而具有低损耗、高Q值等优势的超导共面波导谐振器(SCPWR)可以对量子比特的状态进行测量,且可以作为一种媒介来实现多个量子比特之间的耦合。同时,为了实现对超导量子比特耦合的灵活控制,研制谐振频率原位可调节的谐振器显得尤为迫切。本文介绍的可调半波长开路SCPWR,是通过在谐振器的中心导体内嵌入dc-SQUID来实现频率可调的。文章从可调SCPWR的研究背景、相关基本理论、设计思路、制备过程和实验测量结果与理论分析几个方面进行了具体阐述:第一章由量子计算引出超导量子比特,介绍了与超导电路密切关联的约瑟夫森结的性质与RSJ模型,以及超导量子干涉仪上的电流随外加磁通的调制关系。然后,介绍了超导谐振腔的相关研究背景和发展历程,并介绍了超导共面波导谐振器的应用及它的基本结构。接着介绍了本文的研究对象---可调SCPWR,简述了三种国内外研究者实现频率可调的方案。第二章介绍了共面波导(CPW)的结构和基本参数的计算方法。由于本文介绍的半波长开路谐振器,在谐振时表现为并联谐振电路的特性,所以紧接着介绍了并联谐振电路和半波长开路传输线的基本特性。随后介绍了谐振器的电容耦合、阻抗匹配和矢量网络分析仪的基本原理,这些都是谐振器的设计和测量过程中需要注意的事项。第三章介绍了通过HFSS和ADS两种软件,设计和仿真验证谐振器。详述了深紫外曝光和电子束蒸发相结合的微加工工艺制备谐振器的步骤。介绍了提供极低温环境的Triton 400稀释制冷机的工作原理以及在制冷机上测量谐振器的线路图。第四章介绍了无dc-SQUID的谐振器和约瑟夫森结I._V特性的测量结果,验证了其性能良好。在此基础上,用矢量网络分析仪测量了嵌入一个或者三个dc-SQUID的可调SCPWR的谐振频率随外加磁通变化关系曲线,并进行理论分析,实验结果和理论值吻合较好。进一步得到了谐振器Q值与外加磁通的关系,并进行了相关理论分析。
[Abstract]:With the increasing requirements for computing speed and storage capacity, classical computers will not be able to meet the needs of people, quantum computers will inevitably become the product of the development of the times. Superconducting qubit has been proved by a large number of experiments to be the best scheme for quantum computing, and superconducting coplanar waveguide resonator (SCPWR), which has the advantages of low loss and high Q value, can measure the state of qubit. And it can be used as a medium to realize the coupling between multiple qubits. At the same time, in order to realize the flexible control of superconducting quantum bit coupling, it is particularly urgent to develop a resonator with adjustable resonance frequency in situ. The adjustable half-wavelength open-circuit SCPWR, introduced in this paper is frequency adjustable by embedding dc-SQUID into the central conductor of the resonator. In this paper, the research background, related basic theories, design ideas, preparation process, experimental measurement results and theoretical analysis of adjustable SCPWR are described in detail: in the first chapter, superconducting qubits are derived from quantum computing. The properties of Josephson junction, which is closely related to superconducting circuits, and the RSJ model, as well as the modulation relationship between the current on superconducting quantum interferometers and the applied flux, are introduced. Then, the research background and development of superconducting resonator are introduced, and the application and basic structure of superconducting coplanar waveguide resonator are introduced. Then it introduces the adjustable SCPWR, which is the research object of this paper, and briefly describes three schemes for domestic and foreign researchers to realize adjustable frequency. In chapter 2, the structure and calculation method of basic parameters of coplanar waveguide (CPW) are introduced. Because the half-wavelength open-circuit resonator introduced in this paper shows the characteristics of parallel resonant circuit in resonance, then the basic characteristics of parallel resonant circuit and half-wavelength open-circuit transmission line are introduced. Then the basic principles of capacitance coupling, impedance matching and vector network analyzer of resonator are introduced, which are the matters needing attention in the design and measurement of resonator. In the third chapter, the design and simulation of resonator are introduced by HFSS and ADS. The steps of fabricating resonator by micro-machining process of deep ultraviolet exposure and electron beam evaporation are described in detail. This paper introduces the working principle of Triton 400 dilution refrigerator which provides very low temperature environment and the circuit diagram of measuring resonator on the refrigerator. In chapter 4, the measurement results of I. V characteristics of dc-SQUID-free resonator and Josephson junction are introduced, and the results show that the performance of the resonator and Josephson junction is good. On this basis, the relationship between the resonant frequency of adjustable SCPWR embedded with one or three dc-SQUID and the applied flux is measured by vector network analyzer, and the theoretical analysis is carried out. The experimental results are in good agreement with the theoretical values. The relationship between the Q value of the resonator and the external flux is obtained, and the related theoretical analysis is carried out.
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN751.2;O413

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;科学家在半导体中生成新量子比特[J];黑龙江科技信息;2012年11期

2 赵娜;刘建设;李铁夫;陈炜;;超导量子比特的耦合研究进展[J];物理学报;2013年01期

3 毛广丰;于扬;;基于约瑟夫森器件的超导量子比特[J];物理学进展;2007年01期

4 张保社;丁希顺;;外磁场对两量子比特间热纠缠的影响[J];河南大学学报(自然科学版);2007年05期

5 李艳玲;冯健;孟祥国;梁宝龙;;量子比特的普适远程翻转和克隆[J];物理学报;2007年10期

6 韦光;;值得关注的“量子比特”[J];科学;2008年01期

7 蔡建武;;可扩展的囚禁离子系统多量子比特W态的制备方案[J];湖南工业大学学报;2009年01期

8 萨仁高娃;刘莎莎;丛银川;赵翠兰;;量子盘中量子比特的性质[J];内蒙古民族大学学报(自然科学版);2010年01期

9 杜江峰;马文超;;碳化硅缺陷有望成为器件友好的量子比特——广泛使用的商品级半导体晶片可在室温下进行相干操控[J];物理;2012年01期

10 周彦辉;王磊;赖晓磊;;三量子比特纠缠Greenberger-Horne-Zeilinger态和W态的量子线路实现[J];量子光学学报;2012年03期

相关会议论文 前10条

1 何广平;;基于正交态的量子比特承诺的实验可行性[A];第十五届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2012年

2 杜良辉;胡勇;周正威;郭光灿;周幸祥;;超导芯片上的集成光子量子比特的量子计算[A];第十四届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2010年

3 胡燕;于雁霞;嵇英华;;非马尔科夫过程中耦合超导量子比特量子关联稳定性的研究[A];第十五届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2012年

4 满忠晓;夏云杰;;耗散环境中相互作用量子比特间相干性传输的任意操控[A];第十六届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2014年

5 李卫东;温苏菁;嵇英华;;杂化量子比特的量子关联[A];第十六届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2014年

6 贾飞;谢双媛;羊亚平;;四量子比特模型中的共生纠缠动力学控制[A];第十四届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2010年

7 王志辉;李刚;田亚莉;张天才;;微光学阱中单个铯原子量子比特的操控[A];第十六届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2014年

8 周飞;陈亮;谢艺;万威;黄学人;冯芒;;线形离子阱中量子比特的制备[A];第十六届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2011年

9 王志伟;周祥发;黄运锋;张永生;任希锋;郭光灿;;两量子比特混态在局域操作下的纠缠蒸馏[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年

10 张修兴;李福利;;XY自旋环境中两量子比特纠缠动力学[A];第十四届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2010年

相关重要报纸文章 前10条

1 张巍巍;科学家在半导体中生成新量子比特[N];科技日报;2012年

2 常丽君;科学家用激光实现对量子比特多种操纵[N];科技日报;2013年

3 刘霞;两块相距3米的钻石首次实现量子比特纠缠[N];科技日报;2013年

4 记者 毛黎;科学家完成两个量子比特运算[N];科技日报;2007年

5 华凌;室温量子比特数据存储再创纪录[N];科技日报;2012年

6 记者 刘霞;物质量子比特遥传距离创21米新高[N];科技日报;2013年

7 刘霞;两相距3米的钻石首次实现量子比特纠缠[N];中国航空报;2013年

8 记者 陈丹;部分坍塌的量子比特可通过“自旋回声”恢复状态[N];科技日报;2013年

9 记者 常丽君;碳化硅晶格缺陷可变成量子比特[N];科技日报;2011年

10 记者 刘霞;荷兰用砷化铟纳米线获得新量子比特[N];科技日报;2010年

相关博士学位论文 前10条

1 张玉光;半导体固态量子比特和动力学蒙特卡罗模拟[D];华东师范大学;2015年

2 陈佳临;可编程量子计算架构研究[D];复旦大学;2014年

3 高炜博;多量子比特纠缠态及其应用[D];中国科学技术大学;2010年

4 赵宁波;量子操作的远程协作实现[D];中国科学技术大学;2008年

5 陈爱民;固态量子比特中的量子信息和量子计算:多量子比特操作[D];重庆大学;2011年

6 李睿;自旋量子比特的退相干,调控和可控耦合[D];复旦大学;2013年

7 王晓鹏;宽禁带半导体中色心电子结构及其量子比特中的应用[D];山东大学;2014年

8 张振涛;超导量子比特的调控与退相干研究[D];南京大学;2013年

9 彭杰;光场与量子比特相互作用模型的理论研究[D];南京大学;2014年

10 于宗文;量子克隆若干问题的研究[D];清华大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 王元龙;单量子比特系统的鲁棒控制研究[D];浙江大学;2015年

2 杜之璨;超导量子比特和微观两能级耦合系统的研究[D];南京大学;2014年

3 王林;超导磁通量子比特的制备及Al/AlO_x/Al结特性参数的研究[D];南京大学;2014年

4 李晓虎;超导JosephsonF遂道结的制备、性能研究及超导量子比特电路的结构探讨[D];南京大学;2015年

5 钟先茜;可调半波长超导共面波导谐振器的研究[D];南京大学;2015年

6 姜伟;耦合含噪声探测设备的磁通量子比特的量子非破坏测量[D];南京大学;2011年

7 尤林武;多量子比特相位门和相位测量的研究[D];河南科技大学;2012年

8 何龙君;单量子比特的调控及与可调频腔耦合的实验研究[D];浙江大学;2013年

9 胡燕;耦合超导量子比特在电路腔量子电动力学中量子关联的研究[D];江西师范大学;2013年

10 陈志铨;超导量子比特与环境的相互作用[D];江西师范大学;2008年



本文编号:2496382

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2496382.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户b5620***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com