【摘要】：近20年來,基于約瑟夫森結(jié)的超導量子線路成為一個重要的實驗研究平臺。在量子計算方面,有多種形式的超導量子比特實驗演示,其中Xmon型超導量子比特實現(xiàn)了高精度的操控、非破壞的單次讀出、長相干時間,并進行了量子糾錯實驗演示和多比特糾纏的實驗演示。在量子光學方面,超導人工原子實現(xiàn)了與微波光子的強耦合和超強耦合,演示了諸如電磁誘導透明等一系列的量子光學現(xiàn)象。我們也對超導量子線路進行了一系列的實驗研究,探索其在量子計算、量子信息和量子光學方面的可能應用。主要包括超導磁通量子比特的基本操控和測量,并以此研究了我們系統(tǒng)的噪聲和干擾。超導共面波導諧振腔Q值的測量,其中我們研究不同的基片、表面處理工藝、制備工藝等對超導共面波導諧振腔品質(zhì)因子的影響,由此來提高超導量子比特的相干時間。實驗研究了 Xmon超導量子比特在縱場調(diào)制下的量子光學效應,并演示利用縱場調(diào)制實現(xiàn)單微波光子水平的路由控制。我們用共面波導諧振腔和Xmon超導量子比特的耦合系統(tǒng)研究腔誘導的Autler-TownesSplitting(ATS)效應,實驗演示了單光子控制的ATS效應的可能性,這個效應可以用來實現(xiàn)單光子控制的單微波光子水平的路由器。用單個Xmon超導量子比特實驗演示了熱力學中的可逆性和耗散關(guān)系,通過外加微波驅(qū)動單個Xmon超導量子比特按指定正向和逆向路徑幺正演化,然后在正逆過程中對應的時間點作態(tài)的層析。通過初末態(tài)躍遷幾率計算出外界對系統(tǒng)做的功,通過正逆過程中對應時間點的態(tài)來計算相對熵。對比正逆過程相對熵與過程中外界對系統(tǒng)做的功,我們的實驗結(jié)果支持了量子熱力學理論。用單個Xmon超導量子比特模擬了 Ising鏈的動力學相變。通過測量得到不同Ising鏈不同動量模的演化數(shù)據(jù),我們可以看到當初態(tài)哈密頓量Hi和末態(tài)哈密頓量Hf在不同相,動力學相變有奇點。當Hi和Hf在同一相,動力學無奇點。我們還研究了不同末態(tài)參數(shù)的動力學相變,也研究了布里淵區(qū)動量數(shù)目對動力學相變的影響,實驗結(jié)果與理論預測相一致。
【圖文】：

森結(jié)的超導宏觀量子線路的相關(guān)研宄，近二十較為熱門的一個研宄領(lǐng)域。其中，超導量子比ｔ息領(lǐng)域的一個重要的研宄方向，從單比特的邏輯門的實現(xiàn)，到量子糾錯的演示，以及多比單的量子算法的實驗演示，展現(xiàn)出超導量子比潛能。另，將超導量子線路作為人工原子時，由微波傳輸線等實現(xiàn)強耦合，因此有一系列的微一節(jié)介紹量子計算，第二節(jié)介紹超導量子比特，比特方面的研究進展，第四節(jié)介紹利用超導量的實驗，第五節(jié)介紹我在博士期間的相關(guān)工作特簡介逡逑的超導量子比特逡逑ＩＤ逡逑Ｓ邐閔邐ｍ逡逑

而約瑟夫森結(jié)可以看做非線性電感（具體可參見附錄Ａ），由于其非線逡逑性勢導致能級具有非諧性，所以最低兩個能級是可分離的。選取最低兩個能級作逡逑為纛子比特＝能級，如圖１．２所示逡逑Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ邋ｊｕｎｃｔｉｏｎ：邋ｎｏｎｌｉｎｅａｒ邋ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ逡逑0ｎ逡逑Ｌｊ邋￣邋２ｔｉ／ｃＣ０Ｓ（Ｐ邐邐Ｃｊ逡逑＼邋▲邋Ｉ邋ｈａｒｍｏｎｉｃ邋／邐＾逡逑ｅｎｅｒｇｙ逡逑Ｑｕｂｉｔ邋ｉ邋＼＿７逡逑ｉ＿邋邐邐邐邐邐邐逡逑ａｎｈａｒｍｏｎｉｃ邋ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ逡逑圖１．２約瑟夫森結(jié)可當做非線性電感［１＇約瑟夫森非線＾使得能級具有非諧性，最低兩個逡逑能級可分離？選取栜兩個能級作為超導量子比特的二能級．逡逑接下來屆先介紹相位董于比特（Ｐｈａｓｅ邋ｑｕｂｉｔ），有兩種形式的相位量子比特，，逡逑第一種是電流偏置的單約瑟夫森結(jié)，如圖１．３邋（ａ）所示。在電流偏置下，其勢能逡逑曲線為ｆ差：衣板：型，表爾為：逡逑Ｕ邋＝邋－Ｅｊ（（ｆ＞Ｉ／Ｉｃ邋＋邋ｃｏｓｃ／））邐（１．１）逡逑其中為偏孞電流，４為約瑟夫森結(jié)的臨界電流，０為約瑟夫森結(jié)兩端的相位逡逑S獯暌擄迨頻囊桓鍪期逶諭跡保沖澹ǎ猓┲謝觶坑璞忍嗇薌洞υ謔期逯�，选辶x先∑渥畹土礁瞿薌段孔穎忍嗇薌�。而哇E保沖澹ǎ猓┲惺期宓納疃瓤梢醞ü緬義系緦鰨吹鶻�，ａ邋／大时，势阱会变浅＾灾o笛櫓�，初孰H苯媒閑�，数R洛義媳冉仙

本文編號：2683424