超导量子电路中微波相干效应的研究

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量子相干和干涉效应是量子光学和激光物理中非常重要的课题之一,基于相干效应的许多新颖的量子现象已经得到了研究学者的深入研究。另一方面,超导量子电路,又称人工原子,近年来在量子信息和计算方面得到了广泛的应用。超导量子比特是一种固态装置,不仅易于设计性,而且有很好的参数可控性和实验制备性。因此,各种各样的超导比特已得到了精确制备和广泛应用,而且,许多量子光学现象可以在超导量子电路系统中得以验证,在量子光学领域有着重要的研究和应用价值。本文中,我们主要研究微波驱动的三能级型超导fluxonium比特电路系统的量子相干效应。通过选择合适的参数展现系统的量子光学特性,进而分析系统的特征和量子现象的物理机制。研究内容如下:(1)我们研究了三能级型超导fluxonium电路系统中的色散转换特性。当用三个微波场分别耦合于三能级超导fluxonium电路的三个不同的跃迁时,超导电路系统的吸收和色散谱强烈依赖于外场的相对相位和强度。当相对相位/2改变到3/2时,正负色散发生转换,此时,吸收为零。正负色散转换对光的超慢与超快传播方面有着重要的应用。而且,当我们固定相对相位时,通过通过调节经典场的相对强度也可以获得无吸收的色散开关。(2)我们研究了三能级型超导fluxonium电路系统中的相干布居捕获现象。考虑三个外加场应用于不同跃迁的物理模型,结果表明系统的相干布居捕获效应强烈地依赖外加场的相对相位和强度。当相对相位为0或π时,最大的原子相干获得,相干布居捕获发生。但是当相对相位为π/2时,原子的相干性减弱。此外,当固定相对相位为π/2并增强两个低能级间的Rabi频率时,相干性减小。我们利用缀饰态方法解释相对相位及强度对布居捕获调制的物理机制。总之,利用外加微波场与超导fluxonium电路系统的相互作用,依赖于外加场相位和强度的色散开关和相干布居捕获效应发生。这里我们应用了超导量子电路这个易操控的固态系统,而且采用的是可行性的实验参数。因此系统的量子光学特性在实验中可以观测。我们的研究不仅有助于加深对量子相干效应的理解,而且对固态系统的特征及其光学特性有着更加深入的了解,为量子信息处理提供了理论帮助。
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