约瑟夫森电荷量子比特的耗散特性

从环境的两种不同初态(粒子数态和热平衡态)出发,对电荷量子比特的时间演化进行了深入的研究。结果表明:在温度较高(500 mK)时,如果环境初始处在粒子数态,那么翻转算符的衰减时间会比热库处于热平衡态时更长,并且|0>态的布居数算符的渐近值也更小。在温度极低(50 mK)时,电荷量子比特的动力学特性就与环境的初态无关。

两个耦合约瑟夫森结磁通量子比特能级的研究(英文)

研究了两个(?)_(1z)(?)_(2z)Ising型耦合量子比特的能级,这是一种典型的赝自旋约瑟夫森结比特模型。论述了两个磁通量子比特通过耦合可以构成量子力学四能级系统;研究了两量子比特间主要因子含能量差ε,隧穿幅度t和耦合因子j(包括耦合强度和耦合方向)对能级的影响。结果表明:对于由两个相同量子比特构成的系统,在Φ=(1/2)Φ处,不仅两抗铁磁态的能级受控于耦合因子,它们之间的跃迁频率也由耦合因子控制。

用约瑟夫森结量子比特制备簇态(英文)

高度纠缠的簇态是一种常见的测量基的量子计算的资源。提出了基于约瑟夫森比特的簇态实现方案。方案简单且易于操作,每个量子比特是通过包括一个超导岛和一个库伯对盒来实现的,任意两个约瑟夫森结量子比特可以通过一个对称的直流射频超导干涉仪相互耦合。通过调节每个实现量子比特的门电压,来设定合适的初态,通过调节系统内相应的参量从而实现一个一个环路的耦合作用,以实现簇态。经过理论推导,方案简便易操作。在现在的技术条件下,方案完全可行。

基于约瑟夫森器件的超导量子比特

超导量子比特利用了超导约瑟夫森隧道结的非线性效应,采用了半导体集成电路的工艺,以其无能耗,大设计加工自由度,易规模化等优点而倍受注目。本文对超导量子比特的基本原理及发展过程作了简要综述。首先简要回顾了量子计算的历史,然后介绍了超导量子比特的设计及其调控,并对各种超导量子比特的消相干进行了讨论。

约瑟夫逊电荷量子比特纠缠的实现

为了充分理解固体量子系统中量子纠缠的实现和调控,针对一种超导约瑟逊电荷量子比特电路系统,给定初态,求解演化方程研究末态的纠缠情况。通过变频操作来开关电荷量子比特之间的耦合,选择合适的调节频率Ω和耦合能χ,可以保证无纠缠或非最大纠缠的初态都能演化为最大纠缠态。这种超导约瑟夫逊电荷量子比特电路系统可以用来充当量子纠缠通道,实现信息的隐形传输,也可以充当量子中继器。

约瑟夫森结跳变电流统计分布测量系统

本文详细介绍了一种通过对时间的测量来获得单个约瑟夫森结(JJ)跳变电流统计分布P(I)的测量系统,包括致冷系统和测量方案.我们还在测量电路中采取了电磁屏蔽、低通滤波、接地等一系列的降噪措施,使得实验所能测量到的约瑟夫森结的最低等效温度进一步的降低至300mK.

实现超导量子比特芯片的微纳加工方法

近年来随着各个科技强国和科技巨头企业的高度重视,超导量子计算技术发展迅速,在不到10年的时间内单个超导量子比特的退相干时间增长了5个数量级,从纳秒提高到了百微秒的量级,并有望提高到毫秒量级甚至秒的量级。超导量子比特芯片的制备是实现超导量子计算的基础,作为“物理前沿介绍——超导量子计算”系列的第六篇,本文系统阐述制备超导量子比特及其辅助器件芯片的微纳加工方法,并对制备方法的发展趋势作展望。通过本文,旨在帮助广大高校物理专业教师、高年级本科生、研究生以及对超导量子计算感兴趣的理工科背景读者系统了解实现超导量子比特芯片的微加工方法与工艺,全面地、实物化地理解超导量子计算技术。

一种通过约瑟夫森结非线性频率响应确定微波耗散的方法

通过对电流偏置超导约瑟夫森结的微波驱动行为的研究,提出了一个确定约瑟夫森结微波耗散的方法.结的微波耗散由它的品质因子描述.微波耗散严重影响约瑟夫森器件如参量放大器、超导量子比特等的性能.对电流偏置的约瑟夫森结势阱采用四阶近似后,可以得到在较强微波驱动下约瑟夫森结非线性微波响应方程.该方程定量描述了非线性共振频率随外加微波功率变化关系:非线性共振频率与结等离子频率的差别依赖于约瑟夫森结的微波品质因子.对电流偏置的约瑟夫森结的微波运动行为进行了数值模拟.模拟结果确证了微波品质因子与非线性共振频率-等离子频率差别的定量关系可以应用于约瑟夫森结中.用这种非线性频率响应方法来确定约瑟夫森结的微波耗散没有严格的温度要求,可在单个电流偏置的结中完成,实验上具有简单可靠性.

利用电荷量子比特促进矩阵力学的教学

在量子力学教学中,矩阵力学的表示和计算是一个非常重要的内容.二能级体系作为典型而又简单的例子,可以加深学生们对矩阵力学的理解.然而目前教材中对二能级体系的重视比较有限.本文引入量子信息前沿研究中的一个体系:电荷量子比特作为教学案例.在教学中,首先利用哈密顿量对体系建模,描述单电子在两个量子点中的占据和隧穿过程.然后,通过能量本征函数表示、求解含时薛定谔方程和求解力学量平均值的运动方程等3种方法,得到体系状态和测量概率随时间变化的关系.最后与相干实验结果比较,发现理论结果能很好的描述实验现象,而且有清晰的物理图像.这样的教学方式有助于学生更加直观和深入地掌握矩阵力学表示下的量子力学规律与计算方法.

超导电荷量子比特系统中几何量子失协和稠密编码

研究了由约瑟夫森结耦合的两个超导电荷量子比特模型中的几何量子失协和稠密编码信道容量。讨论了初始平均光子数、相对相位和两电荷量子比特间振幅对几何量子失协和稠密编码信道容量的影响。结果表明,初始平均光子数、相对相位和两电荷量子比特间振幅在几何量子失协及稠密编码信道容量的动力学演化过程中扮演了一个非常重要的角色,特别有意义的是可以通过调控相对相位来提高稠密编码信道容量的值。

电学计量中的量子标准与自然常数

介绍了库仑定律和安培定律在电学单位制中发挥的作用,依据机械功率与电功率等效的原理,选择电流单位安培(A)作为基本物理单位,并介绍了实用单位制和电学实物计量标准。阐述了三种电学计量的量子标准原理和溯源到自然常数的途径,分析了真空磁导率在安培定律公式中发挥的作用,探讨了电学量子三角形与欧姆定律兼容的问题。指出基本电荷量常数不是简单地从约瑟夫森常数K_(J-90)和冯·克里青常数R_(H-90)推导而来,而是由精细结构常数公式计算出来的,能量守恒原理是单位制中的第一性原理,是力学和电学计量单位的纽带。提出量子点之间的位移电流对单电子隧道泵有一定的影响,真空磁导率不再是理想的常数,真空磁导率的变化将成为后来理论界研究的重点。

两超导电荷量子比特与压缩相干态相互作用的纠缠特性

通过计算线性熵研究了两超导电荷量子比特与压缩相干态相互作用系统的纠缠动力学特性,讨论了两超导量子比特相对位相和压缩参数对线性熵的影响。结果表明:两超导量子比特初时处于最大纠缠态时,线性熵的值在复苏时间的一半时刻几乎趋近于零。随着压缩参数的增大,线性熵随时间的演化呈现更多的振荡行为,并且延长了线性熵最大值的持续时间,而线性熵的最大值基本保持不变。两超导量子比特的相对位相减小了两比特和场的纠缠。

电容耦合电荷量子比特的调控及纠缠特性

借助于狄拉克的正则量子化原理,对电容耦合的双约瑟夫森结电荷量子比特体系实施量子化。考虑到平行于约瑟夫森结面的磁场对结电流的影响,提出了一种新的电荷量子比特的调控方法,并且讨论了外加磁场作用下体系量子态时间演化的拉比振荡现象及纠缠特性。结果表明,利用该体系可以制备纠缠态,改变外加磁通Φ_1和Φ_2的大小能够实现对电荷量子比特及其纠缠态的有效调控。

超导电荷量子比特研究综述

随着量子计算机以及量子算法的提出,人们开始寻找可以实现量子计算机的真实物理体系。超导量子电路以其丰富的可设计性和优良的易集成性成为最有潜力实现量子计算机的人造量子体系。文章介绍了超导电荷量子比特的基本原理、超导电荷量子比特的耦合以及耗散和退相干问题,展望了超导电荷量子比特在量子计算和量子信息科学中的应用前景。

电荷比特的超强藕合实现及量子态转移

基于超导量子电路中光与物质相互作用强度的可调性,研究了库珀对盒子(Cooperpair box,CPB)与LC谐振电路耦合的电路模型,证明了可以通过减小CPB的约瑟夫森能量和增加LC谐振子阻抗,实现光与物质的超强耦合(ultra-strong coupling,USC)和深度强耦合(deep-strong coupling,DSC)相互作用.在此基础上,进一步提出了具有一定抗噪性的USC双比特超导电路模型,并以该模型作为非相干中介实现了两个Transmon系统间的量子态转移(quantum-state transfer,QST).研究结果为在超导量子系统中实现USC相互作用提供了新的方案,并有望进一步应用于量子调控、量子模拟和量子信息处理等领域.

电荷量子比特与声子库耦合系统的时间演化

应用Weisskopf-Wigner理论研究电荷量子比特与声子库耦合系统的时间演化,讨论声子库的初态对整个耦合系统的影响。研究结果表明:假定初始时刻电荷量子比特处于激发态并且与声子库共振,当声子库初始为真空态时,其演化性质类似于二能级原子的自发辐射;当声子库初始为粒子数态时,其基态和激发态的概率幅分别具有余弦求和与正弦求和的形式。

抛物势量子点电荷量子比特的消相干

通过求解能量的本征方程得出了抛物线性限制势下柱形量子点中电子的基态、激发态本征波函数及其本征能量,将基态、激发态二能级系统作为一个量子比特,利用费米黄金规则讨论了量子点受限长度对量子点消相干速率的影响,同时讨论了电子在空间概率密度分布的时间演化和振荡周期.数值计算结果表明,量子比特的消相干速率随受限长度的增加而减小,振荡周期随受限长度的增加而增加.电子的概率密度在空间呈周期性的变化.

用约瑟夫森电荷比特系统实现一种特殊量子态的传输

构造了一种约瑟夫森电荷量子比特电路系统,并研究了四量子位态在该系统中的传输特性.对均匀与非均匀传输通道两种情形分别讨论了怎样通过控制外加磁通来实现激发态|1〉从第一量子位到第四量子位的理想传输.此外还分析了量子态在该系统中传输时的平均保真度,结果表明该系统不能传输一个任意态.

噪声对超导量子比特测量系统的影响

详细介绍了噪声对超导量子比特测量系统的影响。测量系统通过对时间的测量来获得单个约瑟夫森结跳变电流统计分布P(I)。在测量电路中采取了一系列的降噪措施,使得实验所能测到的约瑟夫森结的最低等效温度进一步的降低。

基于约瑟夫森电荷比特实现无bell测量未知GHZ态的隐形传态

提出了一个基于约瑟夫森电荷量子比特实现未知三粒子的GHZ态的方案。在这方案中,三对两粒子纠缠态作为量子通道。此外,不需要bell测量。以目前的技术,在该方案中所用到的设备都可以实现。