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实现超导量子比特芯片的微纳加工方法
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作者 宿非凡 杨钊华 《物理与工程》 2024年第2期10-18,共9页
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... 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。 展开更多
关键词 超导量子比特 约瑟夫森结 空气桥
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超导磁通量子比特中的共振隧穿现象 被引量:2
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作者 丛山桦 孙国柱 +4 位作者 王轶文 曹俊宇 陈健 于杨 吴培亨 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第A04期489-492,共4页
在20mK的低温下,在由Nb/AlOx/Nb结构成的磁通量子比特样品上,通过初态的制备,成功观测到了双势阱中的共振隧穿现象。这一现象在不同的势垒高度下,都得到了证实。通过对共振峰随时间演化的测量,发现其演化受到隧穿概率与分布概率的影响。
关键词 超导磁通量子比特 共振隧穿 超导量子干涉器件
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铌基超导量子比特及辅助器件的制备 被引量:3
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作者 宿非凡 杨钊华 +3 位作者 赵寿宽 严海生 田野 赵士平 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期27-41,共15页
近年来超导量子计算的研究方兴未艾,随着谷歌宣布首次实现“量子优势”,这一领域的研究受到了人们进一步的广泛关注.超导量子比特是具有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等典型量子特性的宏观器件,通过电磁脉冲信号控制磁通量、电荷... 近年来超导量子计算的研究方兴未艾,随着谷歌宣布首次实现“量子优势”,这一领域的研究受到了人们进一步的广泛关注.超导量子比特是具有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等典型量子特性的宏观器件,通过电磁脉冲信号控制磁通量、电荷或具有非线性电感和无能量耗散的约瑟夫森结上的位相差,可对量子态进行精确调控,从而实现量子计算和量子信息处理.超导量子比特有着诸多方面的优势,很有希望成为普适量子计算的核心组成部分.以铌或其他硬金属(如钽等)为首层大面积材料制备的超导量子比特及辅助器件(简称铌基器件)拥有其独特的优点以及进一步发展的空间,目前已引起越来越多的兴趣.本文将介绍常见的多种超导量子比特的基本构成和工作原理,进而按照器件加工的一般顺序,从基片选择和预处理、薄膜生长、图形转移、刻蚀和约瑟夫森结的制备等方面详细介绍铌基超导量子比特及其辅助器件的多种制备工艺,为超导量子比特的制备提供一个可借鉴的清晰的工艺过程.最后,介绍若干制备铌基超导量子比特与辅助器件的具体例子,并对器件制备的工艺与方法的优化做展望. 展开更多
关键词 超导量子比特 器件制备 量子计算
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噪声对超导量子比特测量系统的影响 被引量:3
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作者 王颖 许伟伟 +4 位作者 孙国柱 陈健 曹俊宇 丛山桦 吴培亨 《低温与超导》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期53-55,共3页
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。
关键词 约瑟夫森结 超导量子比特 降噪
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新型超导量子比特及量子物理问题的研究 被引量:4
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作者 赵士平 刘玉玺 郑东宁 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第22期150-165,共16页
近年来,超导量子计算的研究有了很大的进展.本文首先介绍了nSQUID新型超导量子比特的制备和研究进展,包括器件的平面多层膜制备工艺和量子相干性的研究.这类器件在量子态的传输速度和二维势系统的基础物理问题研究方面有着很大的优越性... 近年来,超导量子计算的研究有了很大的进展.本文首先介绍了nSQUID新型超导量子比特的制备和研究进展,包括器件的平面多层膜制备工艺和量子相干性的研究.这类器件在量子态的传输速度和二维势系统的基础物理问题研究方面有着很大的优越性.其次,国际上新近发展的平面形式的transmon和Xmon超导量子比特具有更长的量子相干时间,在器件的设计和耦合方面也有相当的灵活性.本文介绍了我们和浙江大学与中国科学技术大学等单位合作逐步完善的这种形式的Xmon器件的制备工艺、制备出的多种耦合量子比特芯片,以及参与合作,在国际上首次完成的多达10个超导量子比特的量子态纠缠、线性方程组量子算法的实现和多体局域态等固体物理问题的量子模拟.最后介绍了基于这些超导量子比特器件开展的大量的量子物理、非线性物理和量子光学方面的研究,包括在Autler-Townes劈裂、电磁诱导透明、受激拉曼绝热通道、循环跃迁和关联激光等方面形成的一整套系统和独特的研究成果. 展开更多
关键词 超导量子比特 量子计算 量子模拟 量子光学
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基于超导量子比特网络的Grover搜索算法实现方案(英文) 被引量:1
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作者 郑小虎 董俊 +2 位作者 杨青 杨名 曹卓良 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第4期715-720,共6页
提出一个改进超导电路结构,此结构能实现量子计算所必需的任意两量子比特之间的长程作用,此结构能用目前技术制作.其次,基于此结构提出Grover搜索算法实现的物理方案.由于能实现任意两量子比特之间的控制相位门,所以多比特Grover搜索算... 提出一个改进超导电路结构,此结构能实现量子计算所必需的任意两量子比特之间的长程作用,此结构能用目前技术制作.其次,基于此结构提出Grover搜索算法实现的物理方案.由于能实现任意两量子比特之间的控制相位门,所以多比特Grover搜索算法也能实现,从而满足各种量子计算的需要.此方案是一个基于电流控制的超导电荷比特网络结构的Grover搜索算法实现方案. 展开更多
关键词 量子计算 超导量子比特 GROVER算法
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超导量子比特谱 被引量:2
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作者 宿非凡 杨钊华 《物理与工程》 2021年第6期73-83,96,共12页
时间晶体的首次构造成功使人们意识到超导量子计算以其拥有的诸多优点在物理学前沿问题的研究应用上走在了其他量子计算方案的前面。作为“物理前沿介绍———超导量子计算”系列的第三篇,本文系统阐述多种超导量子比特的基本组成以及... 时间晶体的首次构造成功使人们意识到超导量子计算以其拥有的诸多优点在物理学前沿问题的研究应用上走在了其他量子计算方案的前面。作为“物理前沿介绍———超导量子计算”系列的第三篇,本文系统阐述多种超导量子比特的基本组成以及其物理特征,给出一个超导量子比特的“谱”并对新近发现的研究结论和新近提出的设计方案进行讨论,最后对超导量子比特全新设计进行展望并提出一种3D nSQUID设计设想。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不同的超导量子比特设计与特性,同时也有益于专业从事超导量子计算的专业科研人员开阔超导量子比特的设计思路。 展开更多
关键词 超导量子干涉仪 超导量子计算 超导量子比特 约瑟夫森结
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超导量子比特耦合与测控的物理原理 被引量:1
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作者 宿非凡 杨钊华 《物理与工程》 2022年第4期210-217,228,共9页
把多个超导量子比特耦合起来并实现对它们的测控是实现超导量子计算的重要一步。作为“物理前沿介绍——超导量子计算”系列的第四篇,本文系统阐述超导量子比特耦合,操控与测量的物理原理,并给出了一套基本的量子操控与测量的流程。作... 把多个超导量子比特耦合起来并实现对它们的测控是实现超导量子计算的重要一步。作为“物理前沿介绍——超导量子计算”系列的第四篇,本文系统阐述超导量子比特耦合,操控与测量的物理原理,并给出了一套基本的量子操控与测量的流程。作为例子对新近一些超导量子比特实验的设计方案进行讨论,最后对超导量子比特测控基础表征过程给出统一的流程图,并对超导量子计算进行了展望。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操控与测量超导量子比特的物理原理。 展开更多
关键词 超导量子比特 微波测控技术 量子比特表征
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超导磁通量子比特中的光子辅助隧穿
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作者 孙国柱 王轶文 +6 位作者 丛山桦 曹俊宇 陈健 康琳 许伟伟 于扬 吴培亨 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第A04期440-443,共4页
在极低温的条件下(T=20mK),对Nb/Al0x/Nb构建的超导磁通量子比特进行微波辐照,观察到了光子辅助隧穿。光子辅助隧穿的现象和共振隧穿有着很好的对应关系,证实了超导磁通量子比特中的量子化能级。改变微波功率,进一步得到了多光子作用下... 在极低温的条件下(T=20mK),对Nb/Al0x/Nb构建的超导磁通量子比特进行微波辐照,观察到了光子辅助隧穿。光子辅助隧穿的现象和共振隧穿有着很好的对应关系,证实了超导磁通量子比特中的量子化能级。改变微波功率,进一步得到了多光子作用下的光子辅助隧穿。 展开更多
关键词 超导量子比特 光子辅助隧穿 共振隧穿
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超导磁通量子比特的性能表征
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作者 李刚 李浩 +5 位作者 刘其春 赵虎 张颖珊 刘建设 李铁夫 陈炜 《低温与超导》 CAS 北大核心 2014年第10期1-5,共5页
采用超导电路实现的量子计算近十几年来发展迅速,目前已经实现了质因数15的分解、高保真度的单和双量子比特等等。为实现量子计算,采用正交剥离自对准工艺,制备了射频超导量子干涉器件(rf-SQUID)结构的超导磁通量子比特芯片。在稀释制冷... 采用超导电路实现的量子计算近十几年来发展迅速,目前已经实现了质因数15的分解、高保真度的单和双量子比特等等。为实现量子计算,采用正交剥离自对准工艺,制备了射频超导量子干涉器件(rf-SQUID)结构的超导磁通量子比特芯片。在稀释制冷机mK温度下,对其基本结构参数进行了表征,并通过理论分析、软件仿真验证了测试结果。此外,还分析了测试系统的噪声性能,对可能的噪声源进行了消除。最后,通过量子比特初态的制备,观测到了双势阱能级间的共振隧穿现象。 展开更多
关键词 超导磁通量子比特 共振隧穿 超导量子干涉仪
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用微波-超导量子比特系统实现一位通用量子逻辑门
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作者 蔡十华 胡菊菊 《江西师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2007年第4期366-369,共4页
该文研究了二能级射频超导量子干涉仪量子比特与经典微波脉冲的相互作用.研究结果表明,当微波场的角频率接近于系统二能级|0〉|1〉跃迁频率时,即ω1-ω0≈ωm,可以得到一位通用量子逻辑门.通过调节控制微波场的角频率ωm,幅度Vm和脉... 该文研究了二能级射频超导量子干涉仪量子比特与经典微波脉冲的相互作用.研究结果表明,当微波场的角频率接近于系统二能级|0〉|1〉跃迁频率时,即ω1-ω0≈ωm,可以得到一位通用量子逻辑门.通过调节控制微波场的角频率ωm,幅度Vm和脉冲作用时间t,可以得到不同的一位量子逻辑门. 展开更多
关键词 超导量子比特 微波脉冲 量子逻辑门
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超导电荷量子比特系统中几何量子失协和稠密编码
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作者 王飞 麦麦提依明.吐孙 +3 位作者 阿孜古丽.热合曼 阿力米提.阿布力孜 帕肉克.帕尔哈提 艾合买提.阿不力孜 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期573-580,共8页
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... 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。 展开更多
关键词 量子光学 超导电荷量子比特 几何量子失协 量子稠密编码 信道容量
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两超导电荷量子比特与压缩相干态相互作用的纠缠特性
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作者 廖庆洪 刘晔 Muhammad Ashfaq Ahmad 《南昌大学学报(工科版)》 CAS 2013年第4期375-379,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 线性熵 纠缠 超导电荷量子比特
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超导量子比特 被引量:6
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作者 宿非凡 杨钊华 +1 位作者 范桁 赵士平 《大学物理》 2021年第7期1-7,11,共8页
随着2019年谷歌成功实现了“量子优势”,超导量子计算的研究正引起人们更加广泛的关注.超导量子比特是拥有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等量子力学特性的宏观器件,目前被广泛应用于量子物理、原子物理、量子光学、量子化学、量... 随着2019年谷歌成功实现了“量子优势”,超导量子计算的研究正引起人们更加广泛的关注.超导量子比特是拥有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等量子力学特性的宏观器件,目前被广泛应用于量子物理、原子物理、量子光学、量子化学、量子模拟和量子计算等诸多领域中.本文将重点讨论位相、电荷、传输子以及磁通型超导量子比特的基本原理及其器件结构,并讨论器件的制备方法和量子态测量技术,最后对基于超导量子比特开展的物理问题的研究做一简单介绍. 展开更多
关键词 超导量子比特 制备工艺 测量技术 量子模拟 量子计算
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基于腔场耦合的超导比特的量子计算(英文)
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作者 薛正远 《安徽大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2010年第4期12-22,共11页
利用超导量子比特实现量子计算在世界范围内备受理论界和实验界的关注.在这一体系中实现量子计算的明显好处是具有非常好的操控技术及容易集成化.过去10年实验的快速突破验证了体系的这些优势.在调节不同比特耦合方面,利用微波腔场耦合... 利用超导量子比特实现量子计算在世界范围内备受理论界和实验界的关注.在这一体系中实现量子计算的明显好处是具有非常好的操控技术及容易集成化.过去10年实验的快速突破验证了体系的这些优势.在调节不同比特耦合方面,利用微波腔场耦合比特的平台已经建立起来.该综述将重点介绍如何形成等效的超导电荷比特、它和腔场的耦合,以及利用腔场耦合多个比特等内容. 展开更多
关键词 量子计算 超导比特
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基于约瑟夫森器件的超导量子比特 被引量:5
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作者 毛广丰 于扬 《物理学进展》 CSCD 北大核心 2007年第1期34-42,共9页
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... 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。 展开更多
关键词 超导量子比特 约瑟夫森效应 量子计算 消相干
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总线制8量子比特超导量子计算芯片设计与仿真 被引量:1
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作者 余玄 张颖珊 +4 位作者 刘其春 蔡涵 赵昌昊 刘建设 陈炜 《微纳电子技术》 北大核心 2016年第12期781-786,796,共7页
为了完成Shor算法这类量子计算,需要更多的量子比特参与,同时需要延长量子比特的退相干时间,实现对量子比特更精准的调控。基于对以上要求的综合考虑,Xmon量子比特是一种目前最优的选择。设计了一个以Xmon为计算单元的总线制的8量子比... 为了完成Shor算法这类量子计算,需要更多的量子比特参与,同时需要延长量子比特的退相干时间,实现对量子比特更精准的调控。基于对以上要求的综合考虑,Xmon量子比特是一种目前最优的选择。设计了一个以Xmon为计算单元的总线制的8量子比特超导计算芯片,可以实现任意两个量子比特之间的耦合操作。首先根据实验基础设计量子比特与共面波导谐振腔的工作频率、量子比特的非谐性和谐振腔的品质因子。用Matlab软件仿真量子比特的能级,得到约瑟夫森能与电容充电能。其中约瑟夫森能的大小由约瑟夫森结的氧化时间长短控制,电容充电能则主要由Xmon的十字电容决定。由以上参数能够计算出量子比特与谐振腔的耦合强度与耦合电容,谐振腔的物理长度可以根据耦合电容的物理尺寸进行调节。然后根据不同的衬底工艺使用不同线宽以满足输入阻抗匹配的要求。使用Ledit绘图软件将以上物理尺寸表现在版图上。取出谐振腔的部分用HFSS软件仿真并调节其频率及品质因子,达到设计要求。量子比特的工作频率在测试时通过输入电流来调控。通过绘图与仿真,完成了一个可用于实验室加工制造并测试的总线制超导量子计算芯片版图。在此基础上,还设计了一种可以降低管脚数量的控制复用方案,为最终实现量子计算打下了一定基础。 展开更多
关键词 超导量子计算芯片 量子比特 量子总线 共面波导谐振腔 版图
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超导量子比特的物理实现 被引量:1
18
作者 董宁 王轶文 +5 位作者 于扬 孙国柱 曹俊宇 丛山桦 陈健 吴培亨 《自然科学进展》 北大核心 2008年第7期721-726,共6页
量子信息和量子计算有可能给人类带来新的革命性发展.超导量子比特作为实现量子计算的方案之一,以其低耗散,大设计加工自由度,易规模化等优点而备受注目.文中对超导量子比特的基本原理及发展前景作了简要综述,并介绍了作者的研究进展.
关键词 超导量子比特 JOSEPHSON效应 量子计算
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多个超导磁通量子比特的可控耦合
19
作者 甄海龙 《山西大同大学学报(自然科学版)》 2014年第5期30-31,共2页
通过在两个或者三个超导磁通量子比特中插入一个耦合线圈,使得超导磁通量子比特与线圈有一个强的相互作用。耦合线圈的磁通直接影响两个超导磁通量子比特的耦合强度J,因此可以通过对线圈磁通的控制来调控超导磁通量子比特的耦合强度J。
关键词 磁通量子 超导磁通量子比特 耦合
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利用经典驱动场增大耗散超导比特系统的稳态量子相干性
20
作者 贺启亮 吴春艳 《贵阳学院学报(自然科学版)》 2021年第2期98-104,共7页
本文在相位退相干的超导系统中,研究了经典驱动场对超到量子比特与数据总线之间量子纠缠和量子相干动力学的影响。发现在长时间的演化过程中,超导量子比特与数据总线之间会产生稳态量子纠缠和量子相干性,通过调节经典驱动场可以提高稳... 本文在相位退相干的超导系统中,研究了经典驱动场对超到量子比特与数据总线之间量子纠缠和量子相干动力学的影响。发现在长时间的演化过程中,超导量子比特与数据总线之间会产生稳态量子纠缠和量子相干性,通过调节经典驱动场可以提高稳态量子纠缠和量子相干性。此外,利用迹距离的方法,本文还研究了经典驱动场对于超导系统与环境之间信息流动的影响。结果表明:当相互作用时间足够长时,超导系统与环境之间的迹距离会达到稳态值,而且稳态迹距离可以通过经典驱动场来进行控制。 展开更多
关键词 稳态量子相干性 相位退相干 超导比特 经典驱动场
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