超导电荷量子比特的调控及纠缠特性

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量子计算机是一种利用量子力学规律处理信息的新型系统。凭借并行计算的优势,量子计算机处理信息的速度远远大于经典计算机。量子比特作为量子计算机处理信息的基本单元近年来被广泛研究。寻找有实际意义的量子比特,仍是量子计算与量子信息理论和实验研究的主要课题。随着纳米技术和光刻技术的迅速发展,固态方案越来越引起人们的关注,其中基于约瑟夫森结的超导量子电路凭借其可调控性和易于集成性成为最有希望实现量子计算的量子体系之一。  本文主要基于正则量子化方法,研究了电源耦合介观LC电路的量子化及量子效应;研究了平行于约瑟夫森结面的外加调控磁场对体系量子态的影响,给出了电容耦合超导电荷量子比特的调控方案,并分析了体系中存在的量子纠缠;研究了外加调控磁通及两超导环之间的互感对体系中量子纠缠的影响。具体内容如下:  1.给出了电源耦合介观LC电路的量子化,提出了一种在 Fock态表象下求解量子态的方法,并在两能级近似下得到了体系的本征值与本征态,研究了电容极板上的电荷与线圈自感磁通量的量子涨落,结果表明该体系完全有条件用作可调控的量子比特。  2.研究了电容耦合超导电荷量子比特的调控及纠缠特性。基于电容耦合超导电荷量子比特体系,考虑了平行于约瑟夫森结面的磁场对结电流的影响,提出一种新的超导电荷量子比特的调控方法,并且讨论了外加磁场作用下体系量子态时间演化的拉比振荡现象及纠缠特性。结果表明,利用该体系可以制备纠缠态,改变外加磁通的大小能够实现对超导电荷量子比特及其纠缠态的有效调控。  3.基于电容耦合包含超导量子干涉仪的电荷量子比特体系,研究了外加调控磁通及两超导环之间的互感对体系中量子纠缠的影响。结果表明,在将多个含超导量子干涉仪电荷量子比特集成在一起形成大规模电路时,要尽量减小两超导环之间的互感耦合系数,以降低由于互感而对量子纠缠带来的破坏。而在互感较弱的情况下,可以通过调节穿过各超导环的外部磁通量对量子态实施有效调控。
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