各向异性的量子比特与光腔非线性耦合的严格解和能谱特征
发布时间：2021-04-15 11:09
量子比特与光腔的耦合系统的研究是凝聚态物理和量子光学的重要交叉课题,其最简单的物理模型是量子Rabi模型。它描述了二能级原子与单模光场之间的基本相互作用。在弱耦合下,该模型可简化为在旋转波近似下Jaynes-Cummings模型。近年来,这一领域的实验和理论研究取得重要进展。在许多先进的固态器件中,如离子阱、超导电路电动力学系统,人工原子和共振器之间实现了超强耦合,甚至深强耦合。在强耦合系统中,转动波近似方法被证明是无效的,因而全量子的Rabi模型以及含有非线性耦合的推广模型受到广泛关注。随着耦合强度的加强,这些系统涌现新奇的物理现象。在本论文中,我们首先综述了二能级原子与单模光腔耦合系统的模型推导。二能级系统可以用Pauli矩阵来表示。引入光子的产生和湮灭算符,光腔可用电磁场量子化描述。二能级体系,单模光子以及它们之间的互作用三部分构成了系统总的哈密顿量。进而我们在这一模型推广引入各向异性和非线性耦合。其次,我们介绍了处理这类Rabi模型的系统的理论方法。为了获得系统的严格解析解和能谱图,我们详细描述了两种方法,即基于Bogoliubov算子法的超越函数（G函数）方法和推广相干态方法...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．?１：二能级原子与光腔相互作用系统，来自文献［２７］
耗散ｆｖ，?ｋ｝，则光与原子之间不会发生能量交换，能量将从系统中流失。??随着固态量子技术的发展，特别是量子信息处理乃至量子计算的重要进展，人造原??子［３５］与量子腔的耦合系统的研究引起了广泛关注。此外超强耦合已经在超导量子比特电路??（ＱＥＤ）［３６＿３Ｓ］系统中实现，如图１．３所示。电路ＱＥＤ描述了非线性超导电路与存储在谐振??器中或在传输线中传播的微波光子之间的相互作用。基于约瑟夫森结的超导电路表现出宏??观的量子相干性［３９］，其行为类似于人造原子。通过利用磁通量的宏观磁偶极矩Ｕ°］，ＬＣ振??荡器的大零点波动电流和耦合器结的约瑟夫森电感，实现了在深强耦合状态下的电路。如??今，使用此类电路的实验通常用于产生纠缠态并产生有效的光子－光子相互作用，从而使??其有希望构建大型量子网络％４３］。??１〇１?％??１?Ｉ?２７１??０．８」?？??呀２，／＼／＼峡??Ｔ?ｆ?Ｖ?＾??０．２－??７１??〇？〇－！?：???Ｉ??１?＇?；???Ｊ?■??０?２０?４０?６０?８０?１００??Ｔｉｍｅ?（＂ｓ）??１?Ｓｔｒｏｎｇ??图１．２：?Ｒａｂｉ振荡，来自文献［４４］。处于激发态的原子进入共振腔，在衰减之前原子??在其基态和激发态之间来回振荡。４表示随着时间的演化检测到原子在激发态的概率。??本二??Ｔ?Ｌ〇?［?ｍ??图１．３：超导量子比特电路ＱＥＤ，来自文献［４５］。由循环中的三个约瑟夫森结组成的??３??
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本文编号：3139219
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．?１：二能级原子与光腔相互作用系统，来自文献［２７］
耗散ｆｖ，?ｋ｝，则光与原子之间不会发生能量交换，能量将从系统中流失。??随着固态量子技术的发展，特别是量子信息处理乃至量子计算的重要进展，人造原??子［３５］与量子腔的耦合系统的研究引起了广泛关注。此外超强耦合已经在超导量子比特电路??（ＱＥＤ）［３６＿３Ｓ］系统中实现，如图１．３所示。电路ＱＥＤ描述了非线性超导电路与存储在谐振??器中或在传输线中传播的微波光子之间的相互作用。基于约瑟夫森结的超导电路表现出宏??观的量子相干性［３９］，其行为类似于人造原子。通过利用磁通量的宏观磁偶极矩Ｕ°］，ＬＣ振??荡器的大零点波动电流和耦合器结的约瑟夫森电感，实现了在深强耦合状态下的电路。如??今，使用此类电路的实验通常用于产生纠缠态并产生有效的光子－光子相互作用，从而使??其有希望构建大型量子网络％４３］。??１〇１?％??１?Ｉ?２７１??０．８」?？??呀２，／＼／＼峡??Ｔ?ｆ?Ｖ?＾??０．２－??７１??〇？〇－！?：???Ｉ??１?＇?；???Ｊ?■??０?２０?４０?６０?８０?１００??Ｔｉｍｅ?（＂ｓ）??１?Ｓｔｒｏｎｇ??图１．２：?Ｒａｂｉ振荡，来自文献［４４］。处于激发态的原子进入共振腔，在衰减之前原子??在其基态和激发态之间来回振荡。４表示随着时间的演化检测到原子在激发态的概率。??本二??Ｔ?Ｌ〇?［?ｍ??图１．３：超导量子比特电路ＱＥＤ，来自文献［４５］。由循环中的三个约瑟夫森结组成的??３??
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