本文關(guān)鍵詞：超導量子比特的糾纏及宏觀共振隧穿研究　出處：《南京大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：超導量子比特不僅對研究物理學很重要,而且對于建立可擴展的量子信息處理同樣也很重要。外場作用下的超導量子比特(quantum bit,簡稱qubit)會與微觀二能級(Two level system,簡稱TLS)系統(tǒng)耦合,并且外場對于兩體qubit-TLS系統(tǒng)動力學性質(zhì)有重要的關(guān)聯(lián)。糾纏不僅發(fā)生在微觀層面,在宏觀系統(tǒng)如超導量子比特中同樣存在糾纏。最近關(guān)于外場對超導系統(tǒng)糾纏影響的研究非常多,如糾纏振蕩、糾纏死亡以及糾纏死亡又復活等。本論文針對射頻超導量子干涉器中的宏觀共振隧穿現(xiàn)象以及超導回路的宏觀量子特性進行了:共振微波驅(qū)動下的超導相位量子比特與微觀二能級系統(tǒng)耦合動力學及耦合的糾纏,單周期正弦信號驅(qū)動下的射頻超導量子干涉器的宏觀共振隧穿動力學等方面的系統(tǒng)研究。其研究成果對我們深入理解超導量子比特的宏觀量子現(xiàn)象以及有效的操控超導量子比特的特性均有重要意義。論文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點包括:第一,利用兩體四能級耦合模型描述共振微波驅(qū)動下的兩體qubit-TLS系統(tǒng)的動力學,該模型呈現(xiàn)出了該兩體系統(tǒng)量子動力學清晰的物理背景。利用純態(tài)下的Schrodinger方程和混態(tài)下的Lindblad主方程分別數(shù)值模擬了共振微波驅(qū)動下的兩體qubit-TLS系統(tǒng)的動力學性質(zhì)。另外,計算了微波與微觀二能級系統(tǒng)之間不同的耦合強度對共振微波驅(qū)動下該兩體qubit-TLS系統(tǒng)的動力學影響,結(jié)果表明微觀二能級系統(tǒng)與微波的耦合強度對該兩體qubit-TLS系統(tǒng)的相干性有一定的影響。以上結(jié)論對于分析具體的實驗情況,比如微波同時與超導量子比特和微觀二能級系統(tǒng)或類似的系統(tǒng)都存在耦合作用時該混合系統(tǒng)的動力學研究提供了幫助。第二,利用實驗測量結(jié)果數(shù)值計算共振微波驅(qū)動的兩體qubit-TLS系統(tǒng)的糾纏動力學。結(jié)論表明不僅可以通過測量qubit-TLS系統(tǒng)其中一方來定量計算兩體qubit-TLS系統(tǒng)的糾纏度,而且可以通過調(diào)節(jié)超導量子比特與共振微波的相互作用時間來調(diào)控兩體qubit-TLS系統(tǒng)的糾纏度。另外,數(shù)值計算了純態(tài)和混態(tài)情況下的兩體qubit-TLS系統(tǒng)的糾纏度。由于量子系統(tǒng)的退相干效應(yīng),兩體混態(tài)qubit-TLS系統(tǒng)糾纏度呈現(xiàn)振蕩衰減,并且出現(xiàn)糾纏死亡以及糾纏死亡又復活等現(xiàn)象。結(jié)論表明糾纏振蕩以及糾纏復活是源于qubit-TLS的相互耦合作用,而糾纏死亡源于兩體qubit-TLS系統(tǒng)與環(huán)境的耦合。第三,利用射頻超導量子干涉器(rf-SQUID),實驗上觀測到單周期正弦信號驅(qū)動下rf-SQUIID的宏觀態(tài)之間的宏觀共振隧穿現(xiàn)象。雙勢阱能級間的共振隧穿峰使得超導量子比特的布居數(shù)呈現(xiàn)干涉圖樣�？紤]勢阱本身以及勢阱之間的退相干效應(yīng),數(shù)值模擬超導量子比特的動力學與外部正弦信號的幅值、頻率以及初始相位的關(guān)聯(lián)。超導量子比特的布居數(shù)與外部信號參數(shù)之間的重要關(guān)聯(lián)為操控量子態(tài)提供了一種新的方法。
[Abstract]:Superconducting quantum bit is important not only to study physics, but also for the establishment of scalable quantum information processing is also very important. Superconducting qubits under the applied field (quantum bit, referred to as qubit) and micro two level (Two level system, referred to as TLS) system coupling, and an important link for the field of two body dynamics the qubit-TLS system properties. Entanglement occurs not only in the micro level, the macro system such as superconducting qubit entanglement. Recently there is also very much about the influence of external field on the entanglement of the superconducting system, such as entanglement entanglement and entanglement death oscillation, death and resurrection. This thesis focuses on the macroscopic quantum properties of RF superconducting quantum interference device in macroscopic resonant tunneling the wear phenomenon and superconducting loops are: resonance microwave driven superconducting phase qubit coupled with the micro dynamics of the two level system and coupling The system of macro entanglement, the resonant tunneling RF superconducting quantum single cycle driven by sinusoidal interference device in dynamics and so on. The research results of macroscopic quantum phenomena in our understanding of superconducting qubits and characteristics of superconducting qubits are controlled effectively is of great significance. The main research contents and innovations include first, using two four level coupled dynamics model to describe the two qubit-TLS system driven by a microwave resonance, the model shows the two quantum dynamics and clear physical background. The Lindblad master equation using Schrodinger equation of pure state and mixed state respectively by numerical simulation of the dynamical properties of two qubit-TLS system microwave resonance driven. In addition, between microwave and micro two level system with different coupling strength on the two body resonance microwave driven by Q calculation The dynamic effects of ubit-TLS system, the results show a certain influence the coherence of two level system and the coupling strength of micro microwave on the two qubit-TLS system. The above conclusions for the analysis of the specific experimental situation, such as microwave and superconducting qubits and micro two level system or similar system has provided the help of coupling dynamics the hybrid system. Second, the entanglement dynamics using numerical experimental results of calculation of resonant microwave driven two qubit-TLS system. The conclusion shows that the entanglement can not only through the measurement of qubit-TLS system in which one party to calculate two body qubit-TLS system, but also to control the entanglement of two qubit-TLS system through the interaction time regulation of superconductivity quantum bit and microwave resonance. In addition, the numerical calculation of two qubit-TLS pure state and mixed states under the situation The entanglement of quantum systems. Due to decoherence, two mixed state entanglement qubit-TLS system oscillation attenuation, and the emergence of the phenomenon of entanglement entanglement death and death and resurrection. The conclusion shows that the entanglement and entanglement oscillation resurrection is mutual coupling from qubit-TLS, coupling and the entanglement death from the two qubit-TLS system with the environment. Third, using RF superconducting quantum interference device (rf-SQUID), macroscopic resonant tunneling between macroscopic state experiments of single cycle driven by sinusoidal signal of rf-SQUIID resonant tunneling phenomena. The double well potential between the levels in the peak of superconducting qubit population showed the interference pattern. Considering the potential trap itself and potential decoherence, amplitude dynamics and external sinusoidal signal simulation of superconducting qubits, frequency and initial phase correlation. Superconducting qubit population The important correlation between the number and the parameters of the external signal provides a new way to manipulate the quantum state.

【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O413;O511.3

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本文編號：1378979