【摘要】：腔量子電動力學(QED)是研究光與物質(zhì)的基本相互作用,如果一個原子和一個光子在一個與外界隔離良好的諧振腔內(nèi)相互作用,二者之間將具有很強的耦合而不會使能量耗散。在這種強耦合限制下,原子不斷地吸收和釋放單個量子能量。光子和原子失去了各自的特性,形成新的本征態(tài)即物質(zhì)和光的量子疊加態(tài)。以此類比,電路QED是一種新穎的腔QED芯片實現(xiàn)。它提供了在3D腔或共面波導諧振腔中實現(xiàn)人工原子——超導量子比特與微波諧振腔中光子之間強耦合的可能性。這種研究物質(zhì)與光相互作用的新固態(tài)方法,可以對參數(shù)進行人為控制和更改,為進行新的量子光學實驗打開了大門。此外,多個超導量子比特諧振腔與一個量子總線耦合是實現(xiàn)可擴展量子信息處理器的一種有前途的硬件結(jié)構。在本文中,我將討論由集成到超導共面波導諧振器中的鋁/氧化鋁約瑟夫森結(jié)量子比特組成電路QED系統(tǒng)理論模型,詳細介紹利用光刻技術、濕法腐蝕技術和鋁薄膜蒸發(fā)法制備的高質(zhì)量諧振器和約瑟夫森結(jié),實現(xiàn)具有精確控制特性的超導量子比特的能力,如約瑟夫森能和電荷能。對于定義特定的量子比特能級結(jié)構是至關重要的,在一般情況下,為了進行特定的電路QED實驗,必須經(jīng)過反復測試控制量子比特的最大躍遷頻率、非諧度、電荷色散以及量子比特與腔體之間的耦合強度。這因此需要一套非常嚴格的制備工藝:標定電子束曝光劑量和雙角度蒸發(fā)制備約瑟夫森結(jié)氧化時間等工藝參數(shù);研究了鋁/氧化鋁約瑟夫森結(jié)的電學性能和材料性能,如室溫隧道電阻、氧化過程引起的電阻隨時間的變化。同時考慮到超導量子比特的退相干時間限制,我們一方面考慮利用絕熱捷徑技術模擬量子比特態(tài)的演化,從而在有限的時間內(nèi)能夠快速穩(wěn)定的控制量子比特。另一方面,我們根據(jù)磁通量子比特的弊端加以改進嘗試提高退相干時間。
【圖文】：

ｔ逡逑ｇｒｏｕｎｄ逡逑圖２．３：邋（ａ）長度為Ｌ的ＣＰＷ諧振器的俯視圖，右側(cè)為長度為＆的叉指電容，左側(cè)為長度為逡逑＆的間隙電容，兩側(cè)為側(cè)向地平面。（ｂ）ＣＰＷ諧振器的橫截面設計。寬度為ｗ的中心導體逡逑和間隔為距離ｓ的地位于基片上，采用標準的光刻、電子束蒸發(fā)和腐蝕工藝刻制而成�；义腺|(zhì)是厚ｈ＝５００ｎｍ，相對電容率Ｅｌ為１０．３４的藍寶石。逡逑１５逡逑

ｎｇ邐ｎａ逡逑圖２．２：ｔｒａｎｓｍｏｎ能級結(jié)構圖。ｌ２８１ｔｒａｎｓｍｏｎ量子比特當ｆｙ／ｆｃ取值的不同時，前三個能級隨逡逑門電荷的變化。躍遷頻率隨ＥＪ／ＥＣ的增加呈指數(shù)下降，同時非諧性也逐漸減小。逡逑有重要的基礎意義，由于系統(tǒng)的相對簡單，，可以ｊ－ｃ哈密頓量很好地描述：逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑ｇｒｏｕｎｄ逡逑Ｓ邋ｉ邋＾邐ｆｉｎｇｅｒ邐個■逡逑ｗ邋￥邋ｇａｐ邐ｃｅｎｔｅｒ邋ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ逡逑＾—＇—ｔ逡逑ｇｒｏｕｎｄ逡逑圖２．３：邋（ａ）長度為Ｌ的ＣＰＷ諧振器的俯視圖，右側(cè)為長度為＆的叉指電容，左側(cè)為長度為逡逑＆的間隙電容，兩側(cè)為側(cè)向地平面。（ｂ）ＣＰＷ諧振器的橫截面設計。寬度為ｗ的中心導體逡逑和間隔為距離ｓ的地位于基片上，采用標準的光刻、電子束蒸發(fā)和腐蝕工藝刻制而成�；义腺|(zhì)是厚ｈ＝５００ｎｍ，相對電容率Ｅｌ為１０．３４的藍寶石。逡逑１５逡逑
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O413

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 劉偉洋;于海峰;薛光明;趙士平;;超導量子比特與量子計算[J];物理教學;2013年07期

2 黃紅梅;;集體噪聲信道上基于邏輯量子比特可控的量子對話協(xié)議[J];激光雜志;2017年01期

3 潘健;余琦;彭新華;;多量子比特核磁共振體系的實驗操控技術[J];物理學報;2017年15期

4 張鳳芹;朱愛東;;在無消相干子空間中確定性地實現(xiàn)多目標量子比特相位翻轉(zhuǎn)門[J];延邊大學學報(自然科學版);2015年04期

5 王夢真;李福林;陳中;王成志;;三量子比特系統(tǒng)中單個諧振子誘導的量子關聯(lián)（英文）[J];原子與分子物理學報;2016年04期

6 陳丹;;部分坍塌的量子比特可通過“自旋回聲”恢復狀態(tài)[J];科技致富向?qū)?2013年35期

7 伍方舟;夏立新;;微波驅(qū)動超導量子比特產(chǎn)生Greenberger-Horne-Zeilenger態(tài)[J];湖南科技學院學報;2013年08期

8 杜江峰;馬文超;;碳化硅缺陷有望成為器件友好的量子比特——廣泛使用的商品級半導體晶片可在室溫下進行相干操控[J];物理;2012年01期

9 ;科學家在半導體中生成新量子比特[J];黑龍江科技信息;2012年11期

10 趙虎;李鐵夫;劉建設;陳煒;;基于超導量子比特的電磁感應透明研究進展[J];物理學報;2012年15期

相關會議論文 前10條

1 何廣平;;基于正交態(tài)的量子比特承諾的實驗可行性[A];第十五屆全國量子光學學術報告會報告摘要集[C];2012年

2 李衛(wèi)東;溫蘇菁;嵇英華;;雜化量子比特的量子關聯(lián)[A];第十六屆全國量子光學學術報告會報告摘要集[C];2014年

3 杜良輝;胡勇;周正威;郭光燦;周幸祥;;超導芯片上的集成光子量子比特的量子計算[A];第十四屆全國量子光學學術報告會報告摘要集[C];2010年

4 滿忠曉;夏云杰;;耗散環(huán)境中相互作用量子比特間相干性傳輸?shù)娜我獠倏豙A];第十六屆全國量子光學學術報告會報告摘要集[C];2014年

5 胡燕;于雁霞;嵇英華;;非馬爾科夫過程中耦合超導量子比特量子關聯(lián)穩(wěn)定性的研究[A];第十五屆全國量子光學學術報告會報告摘要集[C];2012年

6 王志輝;李剛;田亞莉;張?zhí)觳?;微光學阱中單個銫原子量子比特的操控[A];第十六屆全國量子光學學術報告會報告摘要集[C];2014年

7 楊垂平;蘇奇平;Franco Nori;;位于不同腔中空間分離的量子比特糾纏態(tài)的制備和量子信息的傳輸[A];第十六屆全國量子光學學術報告會報告摘要集[C];2014年

8 賈飛;謝雙媛;羊亞平;;四量子比特模型中的共生糾纏動力學控制[A];第十四屆全國量子光學學術報告會報告摘要集[C];2010年

9 王志偉;周祥發(fā);黃運鋒;張永生;任希鋒;郭光燦;;兩量子比特混態(tài)在局域操作下的糾纏蒸餾[A];光子科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化——長三角光子科技創(chuàng)新論壇暨2006年安徽博士科技論壇論文集[C];2006年

10 任杰;朱士群;;三量子比特海森堡模型中的糾纏[A];江蘇、山東、河南、江西、黑龍江五省光學（激光）聯(lián)合學術'05年會論文集[C];2005年

相關重要報紙文章 前10條

1 記者 吳長鋒;12個超導量子比特的真糾纏首次制備并驗證[N];科技日報;2019年

2 記者 劉霞;硅中雙量子比特計算 精確度高達百分之九十八[N];科技日報;2019年

3 見習記者 冀文亞 通訊員 楊保國;我科學家首次實現(xiàn)18個光量子比特糾纏[N];光明日報;2018年

4 記者 孫振;我國實現(xiàn)18個量子比特糾纏[N];人民日報;2018年

5 楊保國 合肥晚報 ZAKER合肥記者 蔣瑜香;科大首次實現(xiàn)18個量子比特糾纏[N];合肥晚報;2018年

6 記者 吳長鋒;我國率先實現(xiàn)18個量子比特糾纏[N];科技日報;2018年

7 舒年;從電子到量子，計算機的新蛻變[N];工人日報;2017年

8 記者 劉霞;物質(zhì)量子比特遙傳距離創(chuàng)21米新高[N];科技日報;2013年

9 常麗君;科學家用激光實現(xiàn)對量子比特多種操縱[N];科技日報;2013年

10 張巍巍;科學家在半導體中生成新量子比特[N];科技日報;2012年

相關博士學位論文 前10條

1 劉偉洋;超導多能級與諧振腔耦合系統(tǒng)及nSQUID量子比特的研究[D];中國科學院大學(中國科學院物理研究所);2018年

2 郭學儀;超導Xmon量子比特中的量子模擬和量子光學實驗研究[D];中國科學院大學(中國科學院物理研究所);2018年

3 劉其春;超導CQED系統(tǒng)的能譜結(jié)構與量子門操作研究[D];清華大學;2017年

4 王騰輝;超導量子比特與絕熱快速捷徑在量子模擬和量子門中的應用[D];浙江大學;2018年

5 徐達;基于超導量子比特的量子模擬[D];浙江大學;2018年

6 李永超;超導量子比特、機械振子的設計與制備[D];南京大學;2019年

7 李蒙蒙;電路量子電動力學系統(tǒng)中的量子信息處理[D];南京大學;2018年

8 邢健;固態(tài)自旋體系多量子比特的探測與操控[D];中國科學院大學(中國科學院物理研究所);2018年

9 何小靈;超導量子器件與量子信息處理的理論研究[D];復旦大學;2007年

10 蔡建武;量子相位門的腔QED方案實現(xiàn)研究[D];湖南師范大學;2007年

相關碩士學位論文 前10條

1 劉奧譜;量子比特器件的制備技術研究[D];南京大學;2019年

2 楊真;超導量子比特器件制備與測控[D];南京大學;2019年

3 諶林;金剛石氮空位中心系綜-超導量子比特耦合系統(tǒng)中糾纏特性的研究[D];南昌大學;2018年

4 胡麗貞;共同非平衡環(huán)境對二能級復合系統(tǒng)量子關聯(lián)的影響[D];曲阜師范大學;2018年

5 滕越;在超導線路系統(tǒng)中實現(xiàn)兩量子比特Rabi模型與量子門[D];東北師范大學;2018年

6 丁尚平;基于C-GHZ態(tài)糾纏濃縮和邏輯量子門設計研究[D];南京郵電大學;2018年

7 余玄;總線制8位超導量子計算芯片的設計[D];清華大學;2017年

8 何鵬;“X”型三量子比特態(tài)的完全可分離性[D];浙江工商大學;2019年

9 張威;四量子比特簇對角態(tài)完全可分離性研究[D];浙江工商大學;2019年

10 劉豪;五量子比特GHZ對角態(tài)的糾纏準則[D];浙江工商大學;2019年

本文編號：2647185