抗消相干超導量子計算研究.pdf

1、量子計算的核心是用可控的量子系統(tǒng)進行數(shù)字計算、信息處理和量子模擬。量子計算利用了量子態(tài)的相干疊加性和糾纏特性，其計算速度相對經典計算機能夠成指數(shù)倍地提高，所以它能解決一些經典計算機所難以解決的問題。但是量子相干疊加態(tài)因為環(huán)境的影響很容易塌縮為經典態(tài)，這就是消相干。消相干是實現(xiàn)量子計算的最主要障礙。本研究主要內容包括：
　?、盘岢隽擞贸瑢щ姾闪孔游辉?σx型合作噪聲作用下的無消相干子空間中實現(xiàn)通用量子計算的方案。在我們的方案中，編碼

2、一個邏輯量子位的兩個超導電荷量子位由可變電容耦合，各個邏輯量子位由一個公共電感耦合。一個邏輯量子位的Hilbert空間就是一個?σx型合作噪聲作用下的無消相干子空間。我們進一步展示了在這個無消相干子空間中單個邏輯量子位任意轉動門和兩個邏輯量子位之間的控制相位門操作。最后，我們還展示了邏輯量子位的初態(tài)制備。我們的方案具有下面的優(yōu)點：首先可以選擇性地并可控地耦合任意兩個邏輯量子位，因而具有可擴展性；其次在執(zhí)行量子門的過程中，始終保持電荷量子

3、位偏置在電荷簡并點，確保了忽略?σz型噪聲的合理性。
　　⑵提出了用超導transmon（a transmission-line shunted plasma oscillation qubit）量子位在合作能量弛豫（local collective relaxation）無消相干子空間中實現(xiàn)通用量子計算的方案。對于transmon量子位，其消相時間已經達到了主要受能量弛豫時間限制的極限，而在兩個transmon量子位的Hilbe

4、rt空間中存在一個對合作能量弛豫無消相干的二維子空間。我們利用這個子空間編碼邏輯量子位，并給出了在無消相干子空間執(zhí)行通用量子計算的理論方案。方案中，transmon量子位被放在一維超導傳輸線腔中，量子位之間的耦合、量子位與腔的耦合都可以通過transmon超導環(huán)中的磁通控制。在經典驅動場的幫助下，實現(xiàn)了兩個非對易的單邏輯量子位的轉動門和兩個邏輯量子位之間的控制相位門。由于transmon工作在大失諧區(qū)域，這也大大地降低了由Purcell

5、效應所造成的能量弛豫。
　?、翘岢隽艘粋€利用XY型交換相互作用在磁通量子位中制備簇態(tài)的理論方案。在此方案中，兩個鄰近的磁通量子位用一個直流超導量子干涉儀（SQUID）耦合。當兩個被耦合磁通量子位具有相同的共振頻率時，它們之間具有XY型相互作用，并且相互作用可以通過調節(jié)SQUID上的偏置電流控制。當兩量子位大失諧時，XY型相互作用可通過加在SQUID偏置電流上微波脈沖的頻率來控制。一個空間維度為d（d=1,2,3）的簇態(tài)的制備需要2

6、d步完成。我們方案的具有下面的優(yōu)點：在方案執(zhí)行過程中，所有的磁通量子位總是被偏置在它們各自的“理想點”，因此具有較長的相干時間；現(xiàn)存的技術允許快速地調節(jié)偏置電流的大小，也允許輕易地控制微波脈沖的頻率，因此方案具有實驗可行性。
　?、忍岢隽艘粋€基于量子糾錯碼的量子秘密分享方案。在該方案中，我們展示了怎樣用[2k?1,1，k]量子糾錯碼執(zhí)行量子(k,2k?1)閾值方案，即秘密量子態(tài)被分發(fā)給2k?1個用戶，只有不少于k個用戶聯(lián)合起來才能