电压调控光—纳米机械量子接口

发布时间：2020-08-08 21:20

【摘要】：类似于网线接口、电脑usb接口等广泛应用的经典接口,量子接口能实现量子信息(通常为微观粒子的状态信息)在光子(动态量子比特)和存储粒子(静态量子比特)间的相干转化,是连接量子存储/计算单元与光通信通道的重要界面,是量子信息领域的基本元器件。基于纳米机械振子的两个“迷人”特性(长相干时间,在极宽的频率范围内与电磁场耦合的能力),本论文以纳米机械振子充当静态量子比特,提出了一个可以电压调控的光—纳米机械振子间的量子接口。在该量子接口中,通过一个二能级系统(超导量子比特)的介入使得光机械间的相互作用得到极大的增强,并且此相互作用强度可通过电压加以调控。因此,微波光子与纳米机械振子间的量子态的传递、量子纠缠的建立都可以通过选择适当的电压脉冲而很好的完成。该量子接口中用到的微波谐振腔、约瑟夫森结、纳米机械振子等组元都可用现代的半导体技术集成到芯片上,解决了由激光控制的量子接口存在的同步激光器难以小型化的问题。在本课题研究中,我们先对超导量子比特进行理论分析,而后对整个量子接口的光机械系统进行分析,最后用Matlab软件进行数值模拟。在光机械系统分析中,采用哈密顿量分析法:先构造全系统哈密顿量,而后根据朗之万方程将该哈密顿量线性化,最后根据薛定谔方程求得波函数随时间的演化情况。紧接着我们分析了光子产生、接收过程,两节点间的量子态转移以及量子纠缠的建立过程,并在考虑了退相干(腔泄露及机械衰减)的情况下,对这几种情况进行数值模拟。模拟结果显示在这几种情况下的量子操作均有着较高的保真度,从而验证了该量子接口方案的可行性。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.1;TP334.7
【图文】：

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