超导Josephson器件的制备、性能表征及其在随机共振研究中的应用

发布时间：2017-05-03 14:08

  本文关键词：超导Josephson器件的制备、性能表征及其在随机共振研究中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：以超导Josephson隧道结为基本元件的超导Josephson器件在量子计算,宏观量子效应,非线性效应等领域具有广泛的应用前景。量子计算领域,超导量子比特W其易加工集成,宏观尺寸,易与外界耦合等优势,成为量子计算众多备选方案中非常有竞争力的一种。射频超导量子干涉仪(RF SQUID)等超导功能器件,能够轻易的偏置到任意对称状态,且能够方便地岕合各种信号,在研究诸如随机共振等非线性效应时,备受各领域的关注。本论文系统研究了超导Josephson隧道结的工艺制备及性能,超导相位量子比特的设计、制备及性能测试以及RF SQUID在随机共振中的应用等工作。主要的研究内容包括:第一,超导Josephson隧道结的工艺制备和性能研巧。研究了利用深紫外曝光和电子束斜蒸发相结合制备超导Josephson隧道结的工艺方法,制备了结面积5 um~2左右,超导临界电流为1 uA左右性能较理想的Josephson隧道结。研究了超导Josephson隧道结的I-V特化及其与微波相互作用的特性,观测到了跳变电流的巧振峰及量子跳跃等量子特性。基于实验结果,提出了一种利用超导Josephson隧道结跳变电流共振峰来标定隧道结基态和第一激发态能级差的方法。第二,超导相位量子比特的设计、制备及性能测试。利用Fasthenry软件辅助设计了环路电感为1000 pH的一阶梯度计型超导相位量子比持。我们利用上述提到的制备隧道结的方法制备了实验样品,并测量到了qubit信号。同时,还利用一个螺旋电感型的超导相位量子比特样品,在20 mK极低温条件下,观测到了共振隧穿,qubit能谱,Rabi振荡,退相干等量子效应。第三，RF SQUID在随机共振中的应用。我们WRF SQUID为载化提出了一种利用噪声的作用确定双稳态系统对称性的方法。这种方法实施简单,易操作,可应用于任意对称性可调节的双稳态系统。在此基础上,研巧了一种以测量双稳态系统布居分布来表征随机共振的新方法。相比于传统的方法,这种方法避免了繁琐的数据后处理,对信号的时间长度不敏感,且可区分输入信号的初始相位。
【关键词】：超导Josephson隧道结 跳变电流分布 微波响应 超导相位量子比特 量子特性 双稳态系统对称性 随机共振
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O511
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-9
• 第一章 绪论9-36
• 1.1 超导Josephson效应与超导Josephson结9-15
• 1.1.1 超导Josephson效应9-12
• 1.1.2 超导隧道Josephson结的特性研究12-15
• 1.2 量子计算与超导量子计算15-26
• 1.2.1 量子计算简介16-19
• 1.2.2 超导量子比特19-26
• 1.3 随机共振简介26-33
• 1.3.1 随机共振的物理机制27-28
• 1.3.2 随机共振的表征28-33
• 1.4 本论文的思路和主要研究工作33-36
• 第二章 超导Josephson隧道结的工艺制备及其性能研究36-66
• 2.1 超导Josephson隧道结的制备工艺及Ⅰ-Ⅴ特性测量36-47
• 2.1.1 超导Josephson隧道结的制备工艺36-40
• 2.1.2 超导Josephson隧道结的Ⅰ-Ⅴ特性测量40-47
• 2.2 超导Josephson隧道结动力学特性47-50
• 2.3 微波作用下隧道结的跳变电流分布50-53
• 2.4 理论分析53-62
• 2.4.1 超导Josephson隧道结的量子化特性53-57
• 2.4.2 两种理论仿真方法57-62
• 2.5 超导Josephson隧道结的量子跳跃62-64
• 2.6 多峰情况64-66
• 第三章 磁通偏置的相位量子比特66-88
• 3.1 RF SQUID原理66-68
• 3.2 磁通偏置相位量子比特的设计、制备与测量68-75
• 3.2.1 RF SQUID参数选取68-72
• 3.2.2 DC SQUID读出原理72-74
• 3.2.3 实验样品制备与测量74-75
• 3.3 磁通偏置相位量子比特的量子特性75-88
• 3.3.1 RF SQUID的能级量子化与共振隧穿76-80
• 3.3.2 RF SQUID的能谱测量与Rabi振荡80-84
• 3.3.3 退相干时间T1和T2测量84-88
• 第四章 基于RF SQUID的随机共振研究88-109
• 4.1 RF SQUID对称性的标定88-98
• 4.1.1 实验装置和测量结果88-92
• 4.1.2 理论分析92-97
• 4.1.3 小结97-98
• 4.2 RF SQUID随机共振98-109
• 4.2.1 正弦信号和白噪声作用下RF SQUID系统的布居分布98-102
• 4.2.2 理论分析102-108
• 4.2.3 小结108-109
• 第五章 总结与展望109-111
• 5.1 总结109
• 5.2 展望109-111
• 参考文献111-118
• 攻读博士学位期间的研究成果118-119
• 致谢119-121

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 钟有鹏;李春燕;王浩华;陈宇;;Progress in superconducting qubits from the perspective of coherence and readout[J];Chinese Physics B;2013年11期

  本文关键词：超导Josephson器件的制备、性能表征及其在随机共振研究中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：343154