超导量子比特的高精度操控研究

发布时间：2024-06-05 20:05

　　量子计算是基于量子力学原理的全新计算方式,在处理大数质因子分解、大数据搜索和量子模拟等问题方面对比经典计算有无法比拟的优势。量子计算机中处理和储存信息的最小单元是量子比特。可作为量子比特的物理系统有很多,基于超导约瑟夫森结的超导量子电路具有容易扩展、能快速读取和精确操控等优势,成为构建量子计算机的有力候选者。本论文首先介绍了量子比特的相关基础知识,随后详细介绍了超导量子电路的实验低温平台和测量系统,以及超导量子比特的色散读取和基本操控模式,最后介绍了我们基于自己的硬件平台完成的超导量子电路中的非绝热几何相位实验。我们根据电路结构和参数数值求解了超导比特的能级分布,考虑到超导比特能量量子化的条件及降噪需要,样品必须处于稀释制冷机内部以维持超低温环境,我们通过与制冷机内部相连的微波信号线缆实现对超导电路中量子比特和谐振腔的读取和操控。测量系统需要用到滤波器、衰减器、放大器、偏置器等控制优化信号的微波器件,为了提高量子电路的相干性、降低由红外辐射产生的准粒子影响,我们自己设计并标定了红外滤波器。基于改进的测量系统,我们在谐振腔和量子比特色散耦合电路中,利用在外加驱动观测到了谐振腔在相空间周期...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

传统计算机软硬件厂商，如英特尔、微软、IBM，从现有的传统计算机架构向量子计算机延伸，基于传统计算机几十乃至上百年的历史优越性，他们的优势远超其他研究团队。互联网科技巨头如谷歌与加州大学合作布局超导量子计算。2015年谷歌与其他单位合作实现9量子比特；2016年他们发布9位超导量....

微纳加工工艺在芯片上设计的超导量子电路，超导约瑟夫森结是其最基本最核心的??构成元素。它的结构很简单类似三明治结构，两个超导层中间夹一层很薄的绝缘层，??中间的绝缘层厚度一般在几十埃以内［１（），１１］，如图１．２所示。左边是扫描电镜观察的??图象，右图说明超导约瑟夫森结中间绝缘....

．?Ｖ々ｉ；Ｋ…，??图１．１：量子比特在Ｂｌｏｃｈ球面上的表示。球面上的任意一点都是量子比特可能的状态，??ｅ为量子比特矢量为Ｚ轴正方向的夹角，中为矢量在ｘｙ平面的投影与Ｘ轴正方向的夹角。??和经典计算机里的比特相比，量子比特可以处于球面上的任意一点，经典比??特只能处在其中的....

?第１章超导量子比特介绍??＿靈＿鋼??图１．２：超导约瑟夫森结在扫描电镜下的图象（左），约瑟夫森结的绝缘氧化层的厚度??为２?ｎｍ?（右）。图片来自参考文献［１０］。??理想的超导约瑟夫森结满足两个方程：??ｖｃＳ（１．２）??ｌ（ｔ）?＝?ＩｃｓｉｎＳ（ｔ）?（１．３）??其....

本文编号：3989876