线路腔量子电动力学中的可调耦合

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量子计算是基于量子力学原理的一种新的计算模型,也是当前量子物理领域中一个重要的研究分支。相比于传统的经典计算机,量子计算机显现出无可比拟的优越性。但是量子计算无论在理论还是在实践上都遇到了不少困难。由于量子器件的工作温度往往都比较低,对工作条件要求较高是实现量子计算的一个重要的障碍。另外,由于量子态存在的退相干效应、抗干扰能力较弱等问题无法逾越,也是量子计算所面临的最主要的问题之一。  本文研究的问题主要是基于线路腔量子电动力学(circuit QED)系统,实现量子比特间可调的相互作用。线路腔量子电动力学系统具有耦合强度大、低噪声以及抑制自发辐射等特点,是实现量子信息处理最有前景的系统之一。本文主要提出在超导量子比特间实现可调的耦合强度,该耦合强度可以用过驱动场之间的相位差进行调节。本论文内容安排如下:  第一章是给出量子计算的相关简介。首先引入了关于量子计算的基础知识,包括关于量子计算的提出和发展、研究内容等。随后详细的介绍了几种常见的量子门。  第二章主要介绍了线路腔量子电动力学的基本内容,第一节主要介绍超导量子比特的有关特性及概念,约瑟夫森效应、约瑟夫森方程以及超导量子比特的量子化;第二节主要介绍了一维传输线腔及其量子化;第三节主要介绍了线路腔量子电动力学的相关知识,以及Jaynes-Cummings模型及其动力学特征。  第三章主要介绍了如何调节量子系统中耦合强度的大小,具体说明了超导磁磁通量子比特与线路谐振腔之间的可调耦合以及transmon与一维超导传输线腔的可调耦合。  第四章主要介绍了如何直接实现超导量子比特间的可调耦合。为了实现这种相互作用,将彼此分离的量子比特同时与线路腔、微波诱导的强驱动耦合。最终,超导量子比特间的耦合强度可以通过有效的量子比特—腔相互作用的复角进行连续的调节。该复角可以通过外界驱动场进行单独调节。  第五章是对本文的总结。
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