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近年来,作为量子力学与信息科学交叉的新的研究领域,量子信息和量子计算的研究获得了迅速而巨大的发展。其中,相干性标志着信息是否具有量子特性,因此量子退相干问题的研究引起了广泛的关注。作为量子信息研究的根本要求之一,量子相干性的损失(量子退相干)将会削弱量子计算的能力,量子退相干已经成为量子计算实现的最大障碍之一。在实现量子计算的过程中,为了克服量子退相干带给量子计算的不良影响,我们应当从实验和理论上研究各种量子比特的相干特性。
最近,在基于固体器件的量子计算中,约瑟夫森结量子比特由于其良好的可规模化和集成化的特点显示出作为实用量子比特的巨大潜力。并且,实验上已经实现了拉比振荡、两比特量子纠缠等。到目前为止,约瑟夫森结量子比特的退相干时间已经达到了5μs的量级。在这个领域中,约瑟夫森结量子比特与微波腔耦合的方案已经成为量子信息研究中的热点问题之一。尽管基于约瑟夫森结的量子计算已经取得了很多的进展,但是在量子计算的可扩展性方面,相对较短的退相干时间仍然是比较大的问题,约瑟夫森结量子比特的退相干机制还不是很清楚。在约瑟夫森结量子比特中,背景电荷的涨落效应是一个确定的导致约瑟夫森结量子比特退相干的来源,但并不是唯一的来源。对于一个实际的电荷量子比特,门电压的涨落和其他物理因素也可能引起量子比特的退相干。不同于位相量子比特和磁通量子比特,超导量子干涉器件(SQUID)中的屏蔽效应并没有在研究电荷量子比特时被考虑进去。当在SQUID中因为环路电流而产生的磁通量不能被忽略时,屏蔽效应可以用一个单模的LC振荡器来描述。这本文中,我们在大失谐条件下应用Froehlich变换来研究了量子比特-腔-振荡器系统,并计算了该系统中屏蔽效应对电荷量子比特的退相干因子和量子信息存储的影响以及描述量子比特-腔系统的有效哈密顿量。