超導(dǎo)量子計(jì)算是目前有望實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的主流方案之一。本人從2013年博士入學(xué)起開始學(xué)習(xí)超導(dǎo)量子比特的相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論原理。在整個(gè)博士階段,本人主要研究了超導(dǎo)相位量子比特和Xmon的實(shí)驗(yàn)測(cè)控及芯片設(shè)計(jì)。超導(dǎo)相位量子比特和Xmon有著相似的電路結(jié)構(gòu)和測(cè)控手段,Xmon具備更長(zhǎng)的相干時(shí)間。目前,在超導(dǎo)量子計(jì)算中,Xmon和其相似結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)量子比特運(yùn)用最為廣泛。因此,本文著重介紹了 Xmon的相關(guān)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)調(diào)控。本文的主要內(nèi)容包括:（1）緒論部分介紹了量子計(jì)算的發(fā)展歷史和量子計(jì)算中常用的一些量子力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。這些基礎(chǔ)知識(shí)主要包括:單比特的量子態(tài)和密度矩陣,量子糾纏,單比特量子門和雙比特門、量子測(cè)量和量子比特退相干。（2）在第二章我們介紹了超導(dǎo)量子計(jì)算的電路模型。對(duì)一般的諧振電路進(jìn)行電路量子化,可以得到均勻的量子化能級(jí)。把約瑟夫森結(jié)引入到這樣的諧振電路,我們得到了非均勻的諧振子能級(jí),最低的兩個(gè)特定能級(jí)被編碼為量子比特。（3）隨后,根據(jù)相關(guān)的理論,我們介紹了如何設(shè)計(jì)出所需參數(shù)的超導(dǎo)量子計(jì)算芯片。我們說(shuō)明了相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)的理論知識(shí)和模擬方法,還給出了設(shè)計(jì)比特參數(shù)時(shí)如何兼顧后續(xù)測(cè)量和量子比特退相干... 

【文章來(lái)源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：152 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２量子門的量子線路示意圖

Ｊ?＼７ｍ＾?Ｊ??ｌｉ＞??圖１．３?（ａ）初態(tài)在丨１＞的能量弛豫過程。（ｂ）初態(tài)在（｜０＞?＋?｜１＞）Ｗ的能量弛豫過程??備可控的量子比特，體系可擴(kuò)展。這里的體系可擴(kuò)展需要從兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)明，一是可擴(kuò)展??到能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)用量子算法的多量子比特體系；二是隨著體系的擴(kuò)展，不需要指數(shù)地增加控??制資源。第二：體系可以初始化到一個(gè)簡(jiǎn)單的初態(tài)，例如｜０００．．．０００＞。在實(shí)際物理體系中，??這一條要求盡可能制備一個(gè)完美的初始態(tài)來(lái)用于后續(xù)的量子計(jì)算。第三：相干時(shí)間遠(yuǎn)大于??量子門操作時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，量子體系總是與環(huán)境有耦合，這種非理想的耦合會(huì)導(dǎo)致量子??比特失去量子相干性。為了在體系演化過程中保持量子相干性，我們需要不斷進(jìn)行量子糾??錯(cuò)（ｑｕａｎｔｕｍ?ｅｒｒｏｒ?ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）過程［３８，４Ｑ，５６］。筒單來(lái)說(shuō)，量子糾錯(cuò)過程是通過對(duì)量子比特進(jìn)行??－合適的編碼，通過對(duì)編碼比特的操控或測(cè)量來(lái)探測(cè)是否發(fā)生量子相干性丟失。隨后

．、＊??觀??圖１．４?（ａ）Ｉｎｔｅｌ的４９量子比特芯片封裝。（ｂ）Ｇｏｏｇｌｅ的７２量子比特芯片’?Ｂｒｉｓｔｌｅｃｏｎｅ?‘。（ｃ）ＩＢＭ的??５０量子比特原型機(jī)。??等為超導(dǎo)量子計(jì)算深度定制了一整套徼波測(cè)量系統(tǒng)的解決方案。??超導(dǎo)量子計(jì)算在國(guó)內(nèi)外均發(fā)展迅速，為了證明量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性，＇量子霸權(quán)’（ｑｕａｎ？??ｔｕｍ?ｓｕｐｒｅｍａｃｙ）?這個(gè)概?念被提?及［３６］?。所謂?ｑｕａｎｔｕｍ?ｓｕｐｒｅｍａｃｙ，?指的是量子計(jì)?算機(jī)在解決某??些問題上比其他經(jīng)典的超級(jí)計(jì)算機(jī)具備明顯的優(yōu)越性。一般認(rèn)為，在超過４９個(gè)量子比特的??芯片上進(jìn)行的?Ｓａｍｐｌｉｎｇ?ｔｌｉｅ?ｏｕｔｐｕｔ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｒａｎｄｏｍ?ｑｕａｎｔｕｍ?ｃｉｒｃｕｉｔｓ?在經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)??上難以實(shí)現(xiàn)。大多數(shù)研究超導(dǎo)量子計(jì)算的公司或?qū)嶒?yàn)組都傾向于制造具備更多比特?cái)?shù)的超??導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。在２０１８年Ｉｎｔｅｌ、ＩＢＭ和Ｇｏｏｇｌｅ先后發(fā)布了自己的超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)。??Ｉｎｔｅｌ在２０１８年１月宣布設(shè)計(jì)并制造了具備４９個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)芯片，取名‘Ｔａｎｇｌｅ??Ｌａｋｅ’。２０１８年２月，ＩＢＭ首次展示了有相似性能的５０個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)。??２０１８年３月，Ｇｏｏｇｌｅ宣布正在測(cè)試設(shè)計(jì)的７２量子比特芯片‘Ｂｒｉｓｔｌｅｃｏｎｅ’。??在國(guó)內(nèi)，中科院和阿里巴巴開發(fā)了?１１個(gè)超導(dǎo)量子比特的量子云平臺(tái)。由中科院量子信??息實(shí)驗(yàn)室博士團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立的本源量子計(jì)算公司發(fā)布了半導(dǎo)體和超導(dǎo)量子比特的計(jì)算云平臺(tái)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]64-qubit quantum circuit simulation[J]. Zhao-Yun Chen,Qi Zhou,Cheng Xue,Xia Yang,Guang-Can Guo,Guo-Ping Guo.  Science Bulletin. 2018(15)
[2]Simulating a topological transition in a superconducting phase qubit by fast adiabatic trajectories[J]. Tenghui Wang,Zhenxing Zhang,Liang Xiang,Zhihao Gong,Jianlan Wu,Yi Yin.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2018(04)



本文編號(hào)：3001925