本人從進(jìn)入郭國平教授的固態(tài)量子芯片研究室至今,一直在學(xué)習(xí)與研究量子芯片工作環(huán)境的優(yōu)化方法。本人接觸的是基于transmon qubit的超導(dǎo)量子芯片體系,而實(shí)驗(yàn)室的研究課題是半導(dǎo)體量子芯片,實(shí)驗(yàn)室在半導(dǎo)體量子計(jì)算方面積累了豐富的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),對于超導(dǎo)體系,這些經(jīng)驗(yàn)無疑提供了巨大的幫助,但也面臨全新的挑戰(zhàn)與嘗試。經(jīng)過五年的調(diào)研、學(xué)習(xí)、思考與實(shí)驗(yàn),本人不僅搭建起一整套transmon qubit的加工平臺(tái)以及測控平臺(tái),而且掌握了超導(dǎo)量子芯片的調(diào)控表征方法,并且將絕大多數(shù)精力放在對于transmon qubit工作環(huán)境尤其是低溫環(huán)境部分的設(shè)計(jì)與優(yōu)化中,成功將transmon qubit的平均T1從0.6 μs左右提高至5 μs,并且還在持續(xù)優(yōu)化中。Transmon qubit是基于鋁制超導(dǎo)電路的量子比特體系,對于工作環(huán)境的最基本要求就是溫度低于其超導(dǎo)臨界溫度（約1.18 K）。我們使用了能夠達(dá)到10 mK極低溫的稀釋制冷機(jī)來維持transmon的工作溫度,但這依然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在本人的學(xué)習(xí)研究中,發(fā)現(xiàn)了大量影響transmon相干時(shí)間的因素,這些噪聲來源于量子芯片工作環(huán)境以及測控方法。學(xué)習(xí)以及消... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：159 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．４．１量子計(jì)算發(fā)展方向，漢化自［８２】

第２章超導(dǎo)量子芯片??本人所研究的是基于ｔｒａｎｓｍｏｎ?ｑｕｂｉｔ的超導(dǎo)比特體系。讀博期間，本人參與??設(shè)計(jì)、改進(jìn)并測試了多種包含】至８個(gè)ｑｕｂｉｔ的超導(dǎo)量子芯片（見圖２．２．４⑷以??及圖２．３．３）。我們首先介紹其體系原型一一ｃａｖｉｔｙＱＥＤ中的Ｊ－Ｃ模型，再引申至??具體實(shí)現(xiàn)方法?ｃｉｒｃｕｉｔ?ＱＥＤ，最后再分析影響ｔｒａｎｓｍｏｎ?ｑｕｂｉｔ退相干的噪聲因??素。只有掌握我們所研宄的量子芯片物理體系，我們才能明確地知道它對工作環(huán)??境的需求，并且針對性地實(shí)施優(yōu)化。??２．１腔量子電動(dòng)力學(xué)??２．１．１?Ｊ－Ｃ哈密頓量??腔量子電動(dòng)力學(xué)（ｃａｖｉｔｙＱＨＤ）描述的是原子與光場之間的相互作用，特別??地，最簡單也最有價(jià)值的是對單個(gè)二能級(jí)原子與單模光場相互作用的研宄，通常??使用】３＞１＾－（１：１１１１１１１１丨叩］＾０（＾１（簡稱為１１－（＾模型）［１］－［２］來描述。在１１－（１；模型中，??原子的兩個(gè)能級(jí)分別記為基態(tài)丨Ｗ與激發(fā)態(tài)相應(yīng)地

圖２．１．２?（ａ）?ｄ?＝?０時(shí)Ｊ－Ｃ模型對應(yīng)的能級(jí)簡圖；（ｂ）滿足公式（２．１．１６）時(shí)ｄｒｅｓｓｅｄ態(tài)??原子與真空光子相互作用時(shí)的能級(jí)頻譜分布，引用自丨３１。??公式（２．１．１６）具有重要的意義，它表示原子與光場之間的相互作用速率大??于原子與光場各自的退相干速率。因而，我們能夠在原子與光場各自退相干之前，??完成能量在兩個(gè)體系之間的傳遞。我們稱兩個(gè)體系的相互作用速率大于各自的退??相干速率為強(qiáng)親合條件，對應(yīng)地，我們稱同時(shí)滿足』＝０以及８＞＞丫，＞＜的腔量子電??動(dòng)力學(xué)體系為?ｒｅｓｏｎａｎｔ－ｓｔｒｏｎｇ?ｃｏｕｐｌｅｄ?ｓｙｓｔｅｍ。??事實(shí)上，在共振強(qiáng)耦合下，系統(tǒng)的量子態(tài)以速率在丨±，ｎ＞之間自發(fā)持續(xù)地??相互轉(zhuǎn)化，直到因?yàn)榭偟耐讼喔伤俾施枺悖伲┏掷m(xù)耗盡系統(tǒng)能量。因而原子與光場??不僅可以交換能量，也可以交換任意量子態(tài)（也可以是量子信息）。因此，強(qiáng)耦??合條件可以進(jìn)一步地應(yīng)用為：??（１）如果一開始原子與光場處于Ａ＝?〇〇的狀態(tài)，則可以將原子編碼為量子比特并??存儲(chǔ)信息；隨后將原子調(diào)節(jié)至與光場共振；經(jīng)過一段特定的時(shí)間Ｔ后系統(tǒng)經(jīng)??過演化，原子的信息傳遞到光場中；最后回到Ａ＝?〇〇的狀態(tài)。??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Enhanced readout of spin states in double quantum dot[J]. Baobao Chen,Baochuan Wang,Gang Cao,Haiou Li,Ming Xiao,Guoping Guo.  Science Bulletin. 2017(10)

博士論文
[1]基于Josephson效應(yīng)的量子信息過程[D]. 胡勇.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3459797