电路量子电动力学系统中的量子信息处理

发布时间：2021-10-12 10:38

　　超导量子比特作为一种固态的人工原子因其可扩展性和易操作性被认为是最有可能实现量子计算的方案之一。而将腔量子电动力学（cavity QED）引入到超导电路中发展出的电路量子电动力学（circuit QED,cQED）系统,由于能有效地将超导量子比特与外界电磁环境隔离,为超导量子比特的操控和测量提供了一种简单和可靠的方式,并且这种方法提供了一种人工原子和光子的强耦合,也可以用来研究量子光学中的各种实验。本文主要的研究内容是Transmon和三维谐振腔或者共面波导谐振腔耦合的cQED系统。首先介绍超导量子比特的基本概念,电路量子电动力学的基本内容以及基于这种方案搭建的测量系统以及测量方法。然后分别对单个比特和多比特耦合系统在量子信息和量子计算中的应用进行研究。在单比特中,我们利用二能级系统通过绝热演化测量了几何相位,这在容错量子计算中起着非常重要的作用。随后重点演示了非绝热区间内的超绝热布居数迁移。超绝热布居数迁移在量子计算、量子模拟和量子精密测量中起着非常重要的作用。为了抵消在一个快速演化过程中的非绝热的贡献,我们在初始的哈密顿量上增加一项超绝热修正项。在超绝热的过程中,如果初态制备在系统... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：137 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 量子比特基本概念
    1.2 本文结构
第二章 超导量子计算
    2.1 超导量子比特
        2.1.1 超导量子比特的分类
        2.1.2 Transmon
    2.2 微波谐振腔
        2.2.1 矩形谐振腔
        2.2.2 共面波导谐振腔
        2.2.3 谐振腔量子化
    2.3 电路量子电动力学
    2.4 测量方法和测量系统
        2.4.1 测量方法
        2.4.2 测量系统
        2.4.3 混频技术
第三章 平面Transmon
    3.1 单结Transmon的基本性质
    3.2 频率可调Transmon的基本性质
    3.3 Z_2拓扑半金属的模拟
第四章 三维Transmon
    4.1 三维Transmon的基本性质
    4.2 AC Stark效应和光子数劈裂
    4.3 几何相位的测量
    4.4 超绝热布居数迁移
    4.5 四能级作为两比特的量子计算
第五章 多个Transmon的耦合
    5.1 Transmon通过电容耦合
        5.1.1 iSWAP门和CZ门
        5.1.2 超导量子比特中的Landau-Zener-Stucklberg干涉
    5.2 Transmon通过谐振腔耦合
    5.3 交叉共振效应
    5.4 通过系综平均测量贝尔态
第六章 总结与展望
附录A Matlab数值模拟
    A.1 几何相位数值模拟
    A.2 超绝热布居数迁移数值模拟
参考文献
简历与科研成果
致谢



本文编号：3432420