【摘要】：本文是對(duì)我這幾年在超導(dǎo)量子比特工作的一個(gè)匯報(bào)。特別是對(duì)其中超導(dǎo)磁通量子比特的宏觀量子現(xiàn)象的精密測(cè)量以及數(shù)據(jù)理論分析。文章分為四個(gè)章節(jié)：一、何為約瑟夫森結(jié)超導(dǎo)量子器件,進(jìn)行這項(xiàng)研究的意義何在；二、如何在具體操作中實(shí)現(xiàn)對(duì)超導(dǎo)量子比特的精密測(cè)量,實(shí)驗(yàn)器材、流程、測(cè)量電路設(shè)計(jì)、測(cè)量環(huán)境降噪等的相關(guān)介紹；三、對(duì)超導(dǎo)磁通量子比特的具體研究,1：宏觀共振隧穿現(xiàn)象,2：對(duì)其低頻磁通噪聲的測(cè)量分析,第四章介紹由Landau-Zener效應(yīng)引發(fā)的量子干涉現(xiàn)象。 首先介紹量子計(jì)算的發(fā)展概況,從量子計(jì)算的起源,基本原理,誘人前景開(kāi)始談起,并著重介紹了超導(dǎo)量子比特的基本器件約瑟夫森結(jié)的物理原理,最后介紹了三種常見(jiàn)的超導(dǎo)量子比特——相位量子比特,電荷量子比特,磁通量子比特的結(jié)構(gòu),原理,以及這三種量子比特的測(cè)量和操控的實(shí)現(xiàn)。 其次,在改進(jìn)測(cè)量系統(tǒng),降低噪音方面,提高測(cè)量精度方面,我們先后進(jìn)行了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究,改進(jìn)參數(shù)測(cè)定方式,改良屏蔽罩,設(shè)計(jì)制作直流電源供電的低噪聲放大器,4.2K測(cè)量桿平臺(tái)作為一個(gè)簡(jiǎn)易平臺(tái),仍有發(fā)揮余地,測(cè)量相位量子比特樣品很方便。在這個(gè)平臺(tái)上我們進(jìn)行了約瑟夫森相位擴(kuò)散試驗(yàn),用多重俘獲的模型對(duì)Kramers公式做了修正。 在對(duì)超導(dǎo)磁通量子比特的研究中,我著重研究了宏觀共振隧穿現(xiàn)象,進(jìn)行了多種不同參數(shù)不同樣品的測(cè)量,觀測(cè)到了非常清晰有說(shuō)服力的共振隧穿現(xiàn)象,并且從數(shù)據(jù)分析里發(fā)現(xiàn)了磁通劈裂。這既是對(duì)我們測(cè)量系統(tǒng)精度的一個(gè)肯定,也對(duì)磁通量子比特在量子計(jì)算里的應(yīng)用前景研究工作有一定的意義。 同時(shí),我還對(duì)磁通噪音這一原理較復(fù)雜的現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)定,從粒子在雙勢(shì)阱的分布率和磁通的關(guān)系曲線中,分析得到了低頻磁通噪聲強(qiáng)度SΦ(1Hz)。進(jìn)一步我們測(cè)量了在不同溫度下的SΦ(1Hz),結(jié)果表明在49.4mK到400mK溫度區(qū)間,SΦ(1Hz)隨溫度呈平方關(guān)系增長(zhǎng)。研究其與溫度變化的關(guān)系。這些對(duì)以后小組的實(shí)驗(yàn)都有參考和應(yīng)用價(jià)值。 另外,我們還觀測(cè)到了超導(dǎo)磁通量子比特中研究中由Landau-Zener躍遷引起的量子干涉效應(yīng)。既有單免交叉點(diǎn)的Landau-Zener躍遷造成的粒子分布概率翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象,也有兩個(gè)相鄰免交叉點(diǎn)間的Landau-Zener躍遷。我們對(duì)這兩種模型都進(jìn)行了精確的理論擬合,與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合很好。這對(duì)超導(dǎo)量子比特作為宏觀量子系統(tǒng),其多比特的糾纏在量子力學(xué)的基礎(chǔ)研究方面也有著極其重要的意義。 以上有關(guān)超導(dǎo)量子比特的研究都是在兩種測(cè)量電路：帶通電路和低通電路的輪換使用中完成。我們?cè)O(shè)計(jì)的低通測(cè)量電路,具有低噪音,精確度等特點(diǎn),可以精確測(cè)定約瑟夫森結(jié)的跳變電流分布,為后續(xù)更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)。而我們的帶通測(cè)量電路,除了低噪音,高精度以外,還有著很好的協(xié)同性和多信號(hào)操控性能,可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的量子比特測(cè)量,為以后實(shí)現(xiàn)多個(gè)量子比特的耦合操控等實(shí)驗(yàn)打下了良好的基礎(chǔ)。 希望本文作為一個(gè)綜合性的闡述文,能使讀者對(duì)量子計(jì)算,超導(dǎo)量子比特的原理以及測(cè)量操控過(guò)程有大體的認(rèn)知,也對(duì)我這幾年的工作有所了解。最后,希望在本實(shí)驗(yàn)室工作的后來(lái)者能從此文里得到一些實(shí)驗(yàn)相關(guān)經(jīng)驗(yàn),更快的上手,更好得研究。以上,是我對(duì)此文的期望。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：O413;TP38

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 叢山樺;孫國(guó)柱;王軼文;曹俊宇;陳健;于楊;吳培亨;;超導(dǎo)磁通量子比特中的共振隧穿現(xiàn)象[J];稀有金屬材料與工程;2008年S4期

2 曹俊宇;孫國(guó)柱;王軼文;叢山樺;陳健;于揚(yáng);吳培亨;;低通、帶通電路在超導(dǎo)磁通量子比特測(cè)量中的應(yīng)用[J];稀有金屬材料與工程;2008年S4期

3 叢山樺;王軼文;孫國(guó)柱;于揚(yáng);陳健;吳培亨;;超導(dǎo)磁通量子比特低頻磁通噪聲的測(cè)量[J];低溫物理學(xué)報(bào);2012年01期

4 黃永華;方蕾;王如竹;;以氦-3為工質(zhì)的回?zé)崾綒怏w制冷機(jī)性能分析[J];科學(xué)通報(bào);2010年35期

，

本文編號(hào)：2531895