基于約瑟夫森結(jié)的固態(tài)量子計算及其退相干.pdf

1、在人類基于馮諾曼模型提出的各種新型結(jié)構(gòu)中,量子計算機(jī)體系脫穎而出,其原因可歸納為:一方面,傳統(tǒng)的計算機(jī)體系因受到經(jīng)典物理原理的限制已接近其處理能力的極限;另一方面,量子計算機(jī)因量子并行計算的優(yōu)勢使得其計算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越于現(xiàn)有的經(jīng)典計算機(jī)。目前,研制量子計算機(jī)面臨的主要困難是如何尋找能抑制退相干且易集成化的可控多位量子比特?？梢灶A(yù)計,量子計算的長遠(yuǎn)發(fā)展最終將依賴于具有易于集成而實(shí)現(xiàn)規(guī)模化等優(yōu)點(diǎn)的固態(tài)方案,而基于約瑟夫森結(jié)的超導(dǎo)器件又被認(rèn)為是

2、實(shí)現(xiàn)固態(tài)量子計算最有潛力的方案之一。
　　本文主要針對基于約瑟夫森結(jié)的量子比特及其之間耦合方式的多樣性,擬將約瑟夫森結(jié)與介觀電路相結(jié)合,探索基于約瑟夫森結(jié)的量子比特之間及其與環(huán)境之間的相互作用規(guī)律,尋找引起量子比特退相干的噪聲源的產(chǎn)生原因及其微觀機(jī)制,并探索有效的方案來降低噪聲、提高量子比特之間的相干性。主要內(nèi)容包括如下:
　　1.研究了與諧振子庫耦合的超導(dǎo)電荷量子比特的短時退相干。推導(dǎo)了基于約瑟夫森結(jié)構(gòu)成的介觀電路系統(tǒng)的哈

3、密頓算符,進(jìn)而運(yùn)用譜密度、響應(yīng)函數(shù)和范數(shù)算子等方法,探索了該系統(tǒng)的退相干影響因素及其演化規(guī)律。
　　2.研究了與玻色庫和自旋庫耦合的超導(dǎo)電荷量子比特的退相干。借助基于約瑟夫森結(jié)的自旋-玻色模型,運(yùn)用系統(tǒng)非對角矩陣元方法,考慮了玻色庫和自旋庫對譜密度的不同影響,研究了該系統(tǒng)在不同模式下的退相干演化規(guī)律。
　　3.探討了腔QED系統(tǒng)中超導(dǎo)電荷量子比特的退相干。給出了腔QED系統(tǒng)中量子比特的等效電路結(jié)構(gòu)示意圖,推導(dǎo)了系統(tǒng)的哈密頓算