【摘 要】
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近十年来,量子计算以其优越的量子并行处理能力而成为当今物理学研究中发展最为关注的领域之一。将超导量子比特和超导传输线腔结合形成了一个全新的耦合系统进行超导量子计算,吸引了人们的广泛关注,并在理论和实验研究中取得了重要的进展。本文主要针对基于Cooper对盒子与超导传输线腔耦合系统的量子信息传输进行了理论研究。其主要内容具体包括下列三个方面: 回顾了超导量子计算的发展历史,阐述了超导体的Jos
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近十年来,量子计算以其优越的量子并行处理能力而成为当今物理学研究中发展最为关注的领域之一。将超导量子比特和超导传输线腔结合形成了一个全新的耦合系统进行超导量子计算,吸引了人们的广泛关注,并在理论和实验研究中取得了重要的进展。本文主要针对基于Cooper对盒子与超导传输线腔耦合系统的量子信息传输进行了理论研究。其主要内容具体包括下列三个方面: 回顾了超导量子计算的发展历史,阐述了超导体的Josephson效应、结物理特性以及超导量子干涉仪的应用;介绍了超导电荷量子比特、磁通量子比特和相位量子比特的结构及其工作原理,同时对它们的优缺点进行了简要的概括。 针对超导电路腔量子电动力学的基本模型,讨论了超导传输线腔及其LC简化模型,根据LC的量子化模型,对超导传输线腔进行了量子化;概述了超导传输线腔的传输特点,比较了两种不同结构的量子比特与超导传输线腔的耦合系统,介绍了超导传输线腔与超导量子比特的强耦合系统特点。 结合Cooper对盒和超导传输线腔的优势,提出利用两个相同的Cooper对盒分别耦合同一超导传输线腔所组成的耦合系统,实现量子信息传输的方案。该耦合系统在外加调制磁通的作用下,两个Cooper对盒量子比特的频率存在一个随时间变化的失谐量,失谐量的变化使得电子在能级间发生了Landau-Zener隧穿。给定初始时刻量子态信息,应用隧穿效应能够在耦合系统中实现量子态的交换,从而完成了量子信息传输,并详细论证了该方案的实验实现的可行性。 最后,对未来的工作进行了展望。
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