基于超导原子和微波光子多比特相位门构建

发布时间：2024-03-11 00:03

　　量子信息学和量子光学近年来飞速发展,基于超导原子和超导腔构成的电路量子电动力学系统(Circuit Quantum Electrodynamics,简称电路QED)成为研究的热点。超导原子也称为超导量子比特它是基于固态的人造原子并且具有易于操作以及扩展性强等优点;超导腔为超导量子比特提供了很好的磁场环境并且置于超导腔中的微波光子寿命长,因此具有高品质因子的超导腔不仅充当量子数据总线同时也可以被用于量子存储。而以超导量子电路为单位的电路QED系统耗散小、易于操控、器件设计灵活以及集成性高等突出优点,为超导量子比特和微波光子直接实现强耦合提供了一种方法。在电路QED系统中构建多比特相位门可以实现多种量子计算的任务。本文主要研究了基于超导原子和超导腔构成的电路QED系统中实现多比特相位门。首先介绍了课题的研究背景、电路电动力学简介和多比特相位门的发展现状以及量子比特和量子逻辑门的基础知识;其次介绍了基于约瑟夫森结的电路QED系统概述以及Jaynes-Cummings模型等;最后提出两种实现多比特相位门的方案:在电路QED系统中,分别以超导原子作为量子信息载体以及微波光子作为量子信息载体去实现...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1电路QED系统的电路示意图[21]

?岬牡驮肷?裕?退鸷囊约傲孔酉喔?性使它在电路的作用区别于传统意义的电路，并且成为组成超导量子电路的核心。20世纪90年代，约瑟夫森结的器件逐渐发展起来。几种基于约瑟夫森结的超导量子比特相继在理论和实验上实现。1997年，Shnirman等人在理论上证明了通过对外界电压的调节对电....

图1-2任意纯态可以表示为布洛赫球面上的点

哈尔滨工业大学理学硕士学位论文41.3从经典计算到量子计算1.3.1量子比特在量子计算机中的信息存储单位是量子比特，它是一个二能级系统，其中两个能级表示为|0和|1，对应于逻辑态0和1。量子比特的物理实现有很多，比如一个光子的偏振、电子的自旋、中子、质子、二能级原子等。量子比特与....

图2-1约瑟夫森结结构示意图

哈尔滨工业大学理学硕士学位论文10多量子特性。超导量子电路一般被设计为阻抗大约几十Ω，频率GHz范围，方便对电容，电感等元件的操纵，相互作用以及读取利用约瑟夫森结实现了多种类的超导量子比特。这一节主要介绍约瑟夫森效应以及基于约瑟夫森结的超导电荷比特，超导磁通比特，超导相位比特以及....

图2-2(a)超导电荷比特示意图

哈尔滨工业大学理学硕士学位论文111=√21cos12=√12cos2（2-4）其中=2()1()。假设超导体两端是相同材料，即1=2=，并且根据能量守恒，则导体之间对库伯对变化率就是超导体之间的超导电流密度=2=22sin=sin（2-5）已知是临界超导电流密度，约瑟夫森结中的....

本文编号：3925517