超导Xmon量子比特中的量子模拟和量子光学实验研究
发布时间：2020-05-27 10:54
【摘要】：近20年来,基于约瑟夫森结的超导量子线路成为一个重要的实验研究平台。在量子计算方面,有多种形式的超导量子比特实验演示,其中Xmon型超导量子比特实现了高精度的操控、非破坏的单次读出、长相干时间,并进行了量子纠错实验演示和多比特纠缠的实验演示。在量子光学方面,超导人工原子实现了与微波光子的强耦合和超强耦合,演示了诸如电磁诱导透明等一系列的量子光学现象。我们也对超导量子线路进行了一系列的实验研究,探索其在量子计算、量子信息和量子光学方面的可能应用。主要包括超导磁通量子比特的基本操控和测量,并以此研究了我们系统的噪声和干扰。超导共面波导谐振腔Q值的测量,其中我们研究不同的基片、表面处理工艺、制备工艺等对超导共面波导谐振腔品质因子的影响,由此来提高超导量子比特的相干时间。实验研究了 Xmon超导量子比特在纵场调制下的量子光学效应,并演示利用纵场调制实现单微波光子水平的路由控制。我们用共面波导谐振腔和Xmon超导量子比特的耦合系统研究腔诱导的Autler-TownesSplitting(ATS)效应,实验演示了单光子控制的ATS效应的可能性,这个效应可以用来实现单光子控制的单微波光子水平的路由器。用单个Xmon超导量子比特实验演示了热力学中的可逆性和耗散关系,通过外加微波驱动单个Xmon超导量子比特按指定正向和逆向路径幺正演化,然后在正逆过程中对应的时间点作态的层析。通过初末态跃迁几率计算出外界对系统做的功,通过正逆过程中对应时间点的态来计算相对熵。对比正逆过程相对熵与过程中外界对系统做的功,我们的实验结果支持了量子热力学理论。用单个Xmon超导量子比特模拟了 Ising链的动力学相变。通过测量得到不同Ising链不同动量模的演化数据,我们可以看到当初态哈密顿量Hi和末态哈密顿量Hf在不同相,动力学相变有奇点。当Hi和Hf在同一相,动力学无奇点。我们还研究了不同末态参数的动力学相变,也研究了布里渊区动量数目对动力学相变的影响,实验结果与理论预测相一致。
【图文】：
森结的超导宏观量子线路的相关研宄，近二十较为热门的一个研宄领域。其中，超导量子比ｔ息领域的一个重要的研宄方向，从单比特的逻辑门的实现，到量子纠错的演示，以及多比单的量子算法的实验演示，展现出超导量子比潜能。另，将超导量子线路作为人工原子时，由微波传输线等实现强耦合，因此有一系列的微一节介绍量子计算，第二节介绍超导量子比特，比特方面的研究进展，第四节介绍利用超导量的实验，第五节介绍我在博士期间的相关工作特简介逡逑的超导量子比特逡逑ＩＤ逡逑Ｓ逦闵逦ｍ逡逑
而约瑟夫森结可以看做非线性电感（具体可参见附录Ａ），由于其非线逡逑性势导致能级具有非谐性，所以最低两个能级是可分离的。选取最低两个能级作逡逑为纛子比特＝能级，如图１．２所示逡逑Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ邋ｊｕｎｃｔｉｏｎ：邋ｎｏｎｌｉｎｅａｒ邋ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ逡逑0ｎ逡逑Ｌｊ邋￣邋２ｔｉ／ｃＣ０Ｓ（Ｐ逦逦Ｃｊ逡逑＼邋▲邋Ｉ邋ｈａｒｍｏｎｉｃ邋／逦＾逡逑ｅｎｅｒｇｙ逡逑Ｑｕｂｉｔ邋ｉ邋＼＿７逡逑ｉ＿邋逦逦逦逦逦逦逡逑ａｎｈａｒｍｏｎｉｃ邋ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ逡逑图１．２约瑟夫森结可当做非线性电感［１＇约瑟夫森非线＾使得能级具有非谐性，最低两个逡逑能级可分离？选取栜两个能级作为超导量子比特的二能级．逡逑接下来屆先介绍相位董于比特（Ｐｈａｓｅ邋ｑｕｂｉｔ），有两种形式的相位量子比特，，逡逑第一种是电流偏置的单约瑟夫森结，如图１．３邋（ａ）所示。在电流偏置下，其势能逡逑曲线为ｆ差：衣板：型，表尔为：逡逑Ｕ邋＝邋－Ｅｊ（（ｆ＞Ｉ／Ｉｃ邋＋邋ｃｏｓｃ／））逦（１．１）逡逑其中为偏孞电流，４为约瑟夫森结的临界电流，０为约瑟夫森结两端的相位逡逑S獯暌掳迨频囊桓鍪期逶谕迹保冲澹ǎ猓┲谢觯坑璞忍啬芗洞υ谑期逯校″义先∑渥畹土礁瞿芗段孔颖忍啬芗丁６迹保冲澹ǎ猓┲惺期宓纳疃瓤梢酝ü缅义系缌鳎吹鹘冢徨澹笫保期寤岜淝常拊谑笛橹校跏际苯媒闲。齐洛义媳冉仙
本文编号：2683424
【图文】：
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而约瑟夫森结可以看做非线性电感（具体可参见附录Ａ），由于其非线逡逑性势导致能级具有非谐性，所以最低两个能级是可分离的。选取最低两个能级作逡逑为纛子比特＝能级，如图１．２所示逡逑Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ邋ｊｕｎｃｔｉｏｎ：邋ｎｏｎｌｉｎｅａｒ邋ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ逡逑0ｎ逡逑Ｌｊ邋￣邋２ｔｉ／ｃＣ０Ｓ（Ｐ逦逦Ｃｊ逡逑＼邋▲邋Ｉ邋ｈａｒｍｏｎｉｃ邋／逦＾逡逑ｅｎｅｒｇｙ逡逑Ｑｕｂｉｔ邋ｉ邋＼＿７逡逑ｉ＿邋逦逦逦逦逦逦逡逑ａｎｈａｒｍｏｎｉｃ邋ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ逡逑图１．２约瑟夫森结可当做非线性电感［１＇约瑟夫森非线＾使得能级具有非谐性，最低两个逡逑能级可分离？选取栜两个能级作为超导量子比特的二能级．逡逑接下来屆先介绍相位董于比特（Ｐｈａｓｅ邋ｑｕｂｉｔ），有两种形式的相位量子比特，，逡逑第一种是电流偏置的单约瑟夫森结，如图１．３邋（ａ）所示。在电流偏置下，其势能逡逑曲线为ｆ差：衣板：型，表尔为：逡逑Ｕ邋＝邋－Ｅｊ（（ｆ＞Ｉ／Ｉｃ邋＋邋ｃｏｓｃ／））逦（１．１）逡逑其中为偏孞电流，４为约瑟夫森结的临界电流，０为约瑟夫森结两端的相位逡逑S獯暌掳迨频囊桓鍪期逶谕迹保冲澹ǎ猓┲谢觯坑璞忍啬芗洞υ谑期逯校″义先∑渥畹土礁瞿芗段孔颖忍啬芗丁６迹保冲澹ǎ猓┲惺期宓纳疃瓤梢酝ü缅义系缌鳎吹鹘冢徨澹笫保期寤岜淝常拊谑笛橹校跏际苯媒闲。齐洛义媳冉仙
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