导读:本文包含了电路量子电动力学论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:光与物质相互作用,电路量子电动力学,量子计算机,超导比特
电路量子电动力学论文文献综述
赵鹏[1]（2018）在《电路量子电动力学：光与物质相互作用》一文中研究指出光与物质相互作用是自然界中基本的物理过程之一,而单个二能级系统与一个波色模相耦合,是最简单的光与物质相互作用模型。对该物理模型的理论研究和实验研究加深了人们对量子力学的理解。作为该模型的物理实现,腔量子电动力学(Cavity Quantum Electrodynamics,CQED)主要研究自然原子和腔光场之间的相互作用。经过数十年的实验研究,CQED系统已被证明是一个研究量子光学和量子信息处理的理想实验平台。此外随着对量子世界不断深入的理解,实验技术条件的不断发展以及与不同学科的交叉(如低温物理学,超导,微波工程,凝聚态物理等),人们认识到了将量子相干性作为新的资源带入“现实世界”的可能性,例如通过控制光与物质的相互作用来实现对量子信息的编码,操控和读取(即量子信息处理)。而作为固态版本的CQED系统,电路量子电动力学(Circuit QED)系统作为实现量子信息处理的可能系统引起人们的广泛关注,该系统凭借其灵活的可操作性以及可扩展性已成为最有希望实现量子计算机的物理系统之一。在研究新的量子技术方案的背景下,本文主要探究了电路量子电动力学系统中新的光与人工原子间的有效相互作用的机制,从而为量子态的操控提出新的方案。在正文中,将主要从以下两个角度来探究腔场与超导量子比特的耦合系统;(1)超导量子比特处于中心地位,而谐振腔只是辅助的系统。由于相当大的非谐性,超导量子比特一般被当作理想的二能级系统用来编码量子信息,即量子比特(Qubit)。实际上,超导量子比特作为天然的多能级原子,即使在物理过程中其高的能级(比如第叁个能级)没有占据数,其依然对系统的动力学有着重要的影响。这背后的物理机制是该动力学中一些虚过程涉及到了这些高的能级。我们发现利用这些涉及高的能级的虚过程,可以在光与原子耦合系统中观测到新的物理现象,例如单个光子激发两个或多个相互分离的原子,腔辅助的相互分离的多个量子比特间交换相互作用等。(2)谐振腔处于中心地位,而超导量子比特作为辅助系统来实现对谐振腔的量子态的操控。谐振腔可以看作一个理想的量子谐振子,有无限大维度的希尔伯特空间,可以用它来编码量子信息,这对实现量子纠错有着天然的便利(对超导量子比特来说,量子纠错需要多个物理比特构成一个逻辑比特,即逻辑比特冗余地编码在一个由多个比特构成相当大的希尔伯特空间中)。同时,当前高品质的谐振腔可以相当容易的实现且参数可控。然而,谐振腔作为相当简单的量子系统,与超导量子比特相比(用微波驱动可以制备在任意的量子态上),腔量子态的直接操控却几乎不可能(利用微波,只能制备在相干态上,与经典态几乎不可区分)。一般,对腔量子态的操控需要借助于辅助的非谐性元件(如超导量子比特)来完成。通过将一个叁能级人工原子和微波谐振腔耦合起来,我们实现了一个双光子驱动的克尔腔。通过绝热的演化,我们可以制备谐振腔的薛定谔猫态。同时,将多个这样的腔通过超导量子比特耦合起来,可以将该系统扩展成一个可用于实现量子信息处理的网络。(本文来源于《南京大学》期刊2018-05-01）
李蒙蒙[2]（2018）在《电路量子电动力学系统中的量子信息处理》一文中研究指出超导量子比特作为一种固态的人工原子因其可扩展性和易操作性被认为是最有可能实现量子计算的方案之一。而将腔量子电动力学(cavity QED)引入到超导电路中发展出的电路量子电动力学(circuit QED,cQED)系统,由于能有效地将超导量子比特与外界电磁环境隔离,为超导量子比特的操控和测量提供了一种简单和可靠的方式,并且这种方法提供了一种人工原子和光子的强耦合,也可以用来研究量子光学中的各种实验。本文主要的研究内容是Transmon和叁维谐振腔或者共面波导谐振腔耦合的cQED系统。首先介绍超导量子比特的基本概念,电路量子电动力学的基本内容以及基于这种方案搭建的测量系统以及测量方法。然后分别对单个比特和多比特耦合系统在量子信息和量子计算中的应用进行研究。在单比特中,我们利用二能级系统通过绝热演化测量了几何相位,这在容错量子计算中起着非常重要的作用。随后重点演示了非绝热区间内的超绝热布居数迁移。超绝热布居数迁移在量子计算、量子模拟和量子精密测量中起着非常重要的作用。为了抵消在一个快速演化过程中的非绝热的贡献,我们在初始的哈密顿量上增加一项超绝热修正项。在超绝热的过程中,如果初态制备在系统的本征态上,则系统总是沿着哈密顿量的本征态演化。然后我们从超绝热演化中提取出一个NOT门和一个相位Z门,这些操作具有快速和鲁棒性的优点,因此可以应用到量子信息处理中。我们还利用单比特的四能级演示了其作为两比特来实现门操作的可能性。此外,我们利用单比特二能级模拟Z2拓扑半金属的能带结构,揭示了在量子模拟方面,超导量子比特的优越性。最后我们介绍电容耦合和量子总线耦合多个量子比特的方案。在电容耦合系统中实现iSWAP门和控制Z(CZ)门,并且利用两比特以及叁比特的能级免交叉结构实现Landau-Zener-Stucklberg干涉。我们利用两个通过谐振腔耦合的Transmon中实现了两比特纠缠的测量。我们提出了一种利用分别测量两个量子比特的系综平均的方法来得到两比特纠缠态的量子层析。这两个量子比特都分别都有一个谐振腔与之耦合用来读取和操控。当我们制备了初态以后,每次都在后面进行一个幺正操作,这样进行四次,我们通过解一系列包含密度矩阵所有元素的方程组就能得到完整的密度矩阵了。(本文来源于《南京大学》期刊2018-05-01）
杨阳,齐波,崔巍[3]（2017）在《量子态估计简介及其在超导电路电动力学系统中的应用》一文中研究指出量子态估计是量子计算以及量子调控的基础,一般分为量子态层析,即对未知量子态(或过程的初态)进行估计,以及量子滤波,即对量子态进行实时的估计.本文首先介绍了近年来量子态层析技术新的进展,内容包括极大似然方法,压缩感知方法和线性回归方法,并分析了它们的适用范围及各自的优缺点.进一步,基于量子计算的成熟载体超导电路电动力学系统,介绍了基于连续弱测量对量子态进行实时估计的贝叶斯方法,并分析了贝叶斯估计的适用情形.进一步,通过仿真实现了量子贝叶斯估计,可以很容易发现贝叶斯方法能够精确地实时追踪量子态的演化.(本文来源于《控制理论与应用》期刊2017年11期）
刘宇浩[4]（2016）在《超导电路量子电动力学系统的调控与读取》一文中研究指出超导量子比特作为人工原子,不但是实现量子计算的热门方案,而且是研究量子力学本质问题的有力工具。近年来在腔量子电动力学系统基础上发展起来的电路量子电动力学系统,是一种全新的量子比特。由于在退相干时间等参数上远远超出之前的超导量子比特,它受到了极大的关注。和”传统”的超导量子比特不同,电路量子电动力学系统使用微波谐振腔作为系统的读出机构。这样的读出机构一方面可以减小超导量子比特和环境的耦合,提高退相干时间；另一方面给我们提供了全新的量子比特信息读取方案一一量子非破坏性测量。此外,该结构在系统集成等方面也具有显着的优势。所以在目前的超导量子比特中,该系统的性能是最优异的。本文首先介绍了量子计算,量子测量的基本概念以及叁种“传统”的量子比特：电荷比特,磁通比特和相位比特。然后系统的介绍电路量子电动力学系统。该系统主要包括了谐振腔,人工原子,以及它们之间的耦合叁大部分。本文中,作为人工原子的量子比特总共有叁个,分别是叁维Transmon,二维Transmon和叁维磁通比特；使用的谐振腔有两种,一种是矩形波导谐振腔,由铝或者无氧铜材料制作而成,另一种是共面波导谐振腔。当把人工原子放置在谐振腔中使它们耦合在一起时,就构成了电路量子电动力学系统。接着,论文着重介绍了在稀释制冷机平台上搭建的测量系统,并介绍了两种测量方法：亮态测量和量子非破坏性测量。在本文的最后,论文介绍了利用该测量系统测量电路量子电动力学系统的结果。根据使用的能级数目不同分为二能级系统和叁能级系统两章。在二能级系统中,主要介绍了拉比振荡,拉姆齐干涉,自旋回波,量子层析等。通过这些测量结果,获取了二能级系统的退相干参数。在叁能级系统中,主要介绍了暗态,相干粒子数囚禁,奥特勒-汤尼斯劈裂和电磁感应的透明等实验结果。在暗态和相干粒子数囚禁实验中,我们在实验上通过两束微波成功的把叁能级系统的态冻结,使其不再随时间演化。控制两束微波的强度和相位,我们可以冻结任意的态,所以该方法可以作为量子存储的方案,在量子计算中有着重要作用。在奥特勒-汤尼斯劈裂实验中,我们测量了共振情况下的能级劈裂,该能级劈裂的大小和理论模拟完全吻合。为了观察叁能级的电磁感应的透明,我们尝试在叁能级中引入噪声,使得叁能级系统满足电磁感应的透明的条件。虽然最后没能看到预期的效果,但是根据能量弛豫时间的估算,该系统已经进入电磁感应的透明的临界条件。(本文来源于《南京大学》期刊2016-05-01）
陈隆[5]（2016）在《基于电路量子电动力学系统的超强压缩的研究》一文中研究指出压缩态能够减小量子噪声,并产生量子关联,因此压缩态在许多领域都有重要的作用。利用压缩态,我们能对连续变量的量子信息过程进行高精度测量。然而,实际应用中要想得到强压缩还是非常困难的。自从1985年首次在实验上成功制备了压缩态,但压缩度仅仅达到6dB。仅在最近几年,在光场和微波电路系统中实现了压缩度为10dB的量子噪声压缩。因此如何制备强压缩态和超强压缩态成为了人们所感兴趣的研究课题。本文提出了在超导LC谐振电路系统中实现超强压缩的微波光子模的方法。我们分析表明:通过调节介观机械振子的驱动频率,能够产生超强的单模压缩和双模压缩以及EPR纠缠。经过计算,在弱耦合机制下,我们可以得到20dB以上的量子噪声压缩。在强耦合和超强耦合机制下,甚至能达到更高的压缩度。(本文来源于《温州大学》期刊2016-05-01）
张英俏[6]（2015）在《电路量子电动力学系统中的几何相位门制备》一文中研究指出利用电路量子电动力学系统中传输线并联等离子振荡量子比特与共振器的色散耦合,提出了一个制备几何相位门的方案,方案中的相位门制备能在量子比特衰变和退相干之前完成,因此本文方案具有可行性.(本文来源于《延边大学学报(自然科学版)》期刊2015年02期）
李卫东[7]（2015）在《耗散电路量子电动力学系统中量子关联的研究》一文中研究指出本文基于电路量子电动力学做了以下几项工作。首先,研究了耗散电路量子电动力学系统在不同信道下量子关联的演化。研究发现,(1)在纯退相位信道内,???/4时平均光子数n的增加使退相干时间变短;??0时,初始无关联的量子比特会产生量子关联,且随着n的增加量子关联存活时间变长。相互作用强度J的增大使得量子关联振荡频率增大,初始态纯度r的增大有利于增强量子关联。(2)在纯退极化信道内,不论?取何值,量子关联总是随着n的增大而减小。J的增大使得量子纠缠初次死亡与复活延后,有利于量子纠缠的保护。无论是何信道,量子失协比共生纠缠度具有更好的鲁棒性。其次,研究了杂化量子比特经过关联退相位信道的量子关联演化。结果表明:量子比特初始态的纯度,相对相位及电路腔内的平均光子数,均会影响量子关联的演化行为。最重要的是我们发现关联退相位率0?的增加可以大大延长退相干时间,当满足02s???时,量子关联呈现等幅振荡过程,成功抑制杂化量子比特系统的退相干。需要指出的是,量子纠缠在很多情况下会出现死亡与复活现象而量子失协始终保持正值,因此,再次证明量子失协是度量量子关联更好的选择。最后,我们结合电路QED,探索研究了基于量子弱测量的超量子失协的动力学演化特征。研究结果显示,(1)在关联退相位通道中,超量子失协随时间单调趋向一个依赖于初始量子态纯度的稳定值,出现了冻结现象。(2)在关联退极化通道中,超量子失协不仅呈现失谐突然转变的现象而且呈现出冻结现象,冻结稳定值则与初始量子态纯度无关。(本文来源于《江西师范大学》期刊2015-06-01）
赵英燕,高贵龙,唐龙英,姜年权[8]（2014）在《基于电路量子电动力学系统实现一维cluster态的制备》一文中研究指出在电路量子电动力学系统中,本文提出利用磁通比特和LC电路间的耦合来制备多比特的一维cluster态的方案。方案中,LC电路作为中间转化器,通过选择恰当电磁场的参数和调节比特间的能级间隔,使磁通比特间发生纠缠从而制备出多比特的一维cluster态。在大失谐的条件下,磁通比特和量子数据总线间的相互作用可通过调节虚光子来转化。此外,该方案的合理性也已在实验上得到了证明。(本文来源于《量子光学学报》期刊2014年01期）
胡燕[9]（2013）在《耦合超导量子比特在电路腔量子电动力学中量子关联的研究》一文中研究指出随着量子计算和量子信息技术的快速发展，超导量子比特已显示出了巨大的潜能。而量子关联被认为是研究量子信息过程中必不可少的一种资源，因此，我们对耦合超导量子比特在电路腔QED中的量子关联进行了比较研究，并对消相干对该系统造成的影响进行了分析。研究结果或有利于量子信息处理的完成。研究内容主要包括以下几个方面：1.研究超导量子比特在不同的初始态下，量子比特与电路腔之间的相互作用对系统量子纠缠和几何量子失协动力学演化的影响。结果表明:（1）当复合超导量子比特初始处于|ψ_Q(0)〉_Ⅰ=sinα|↓↑〉+cosα|↑↓〉，增强复合量子比特间的相互作用，其在演化过程中的稳健性也得到了增强；量子比特间的量子失协可以整体得到提升，调控到合适的参数时能够有效地避免量子纠缠与几何量子失协死亡的出现；量子比特间的相互作用对系统的量子纠缠和几何量子失协的影响大致是相同的。（2）当复合超导量子比特系统初始制备在ψ_Q (0)〉_Ⅱ=sinα|↓↓+cosα|↑↑〉，超导量子比特系统的量子纠缠和几何量子失协同样不存在渐进的稳态值，但是通过减弱量子比特间的相互作用，可以增强其在演化过程中的稳健性。需要指出的是，通过电路腔，我们可以比较方便地实现多个超导量子比特的耦合。此时，两个超导量子比特相距较远，量子比特间的相互作用可以不计。2.研究腔场的态对超导复合量子比特与电路腔系统中的量子关联动力学行为的影响，当腔场处于相干态时，随着平均光子数的增加，量子关联为零（包括纠缠死亡）的现象会不容易出现，即延长系统量子关联的生存时间，从而有利于保持量子关联性。当腔场处于压缩态时，压缩幅度参数过大或过小，都非常不利于保持系统的量子关联。进一步的研究结果表明，随着耦合超导量子比特初始态的相对相位增大，也越能保持量子关联性。3.研究消相干对电路腔中耦合超导量子比特的量子纠缠与量子失协影响，并对两者进行了比较。我们分析了参数θ （反映量子态的初始纠缠度）、参数γ （反映量子比特的弛豫率）、参数γ （反映量子比特的退相率）对系统量子纠缠和量子失协随时间演化的影响。我们发现在消相干过程中，量子失协都表现出比量子纠缠更稳定的性质。量子纠缠、量子失协随时间的演化趋势是一样的，都是在做递减的演化，最后死亡。然而随着参数的变化，量子失协的生存时间明显长于量子纠缠。故综上所述我们得知在消相干过程中量子失协比纠缠度更健壮，对于量子关联的测量来说，它是一种更适用的方法。选择量子失协作为量子关联的测量方式将有利于量子信息处理的完成。(本文来源于《江西师范大学》期刊2013-06-01）
孟建宇,王培月,冯伟,杨国建,李新奇[10]（2012）在《关于电路量子电动力学系统中光子自由度的消除方案》一文中研究指出基于超导传输线和超导量子比特相互耦合的电路量子电动力学(quantum Electrodynamics,QED)系统,是目前固态量子信息领域的一个倍受关注的物理系统,也是研究量子测量和量子控制的理想实验平台.由于其中涉及的驱动场和超导传输线谐振腔支持的光子频率都在微波区,在量子测量和量子控制研究中往往遇到大量光子数引起的状态空间维数过大带来的数值模拟方面的困难.为了避免这个困难,往往采取"消除"光子自由度的办法,建立一个只保留量子比特状态自由度的有效描述方案.本文通过对单比特的量子测量动力学的数值模拟,检验了"绝热消除"和"极化子变换"两种方案的适用条件.结果表明,在量子非破坏(quantum non-demolition,QND)测量情况下,极化子变换精确适用于任意驱动强度和任意(光子)泄漏速率微腔;但在非QND测量情况下,极化子变换相对通常的绝热消除方案,并无优势.在强泄漏微腔和弱耦合情况下,两种消除光子自由度的方法都可以较好地描述测量动力学;但如果微腔光子泄漏速率不是很大或量子比特与微腔耦合较强,则需要纳入光子自由度做完整模拟,此时的量子测量属性是一个尚待研究的课题.(本文来源于《物理学报》期刊2012年18期）
电路量子电动力学论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
超导量子比特作为一种固态的人工原子因其可扩展性和易操作性被认为是最有可能实现量子计算的方案之一。而将腔量子电动力学(cavity QED)引入到超导电路中发展出的电路量子电动力学(circuit QED,cQED)系统,由于能有效地将超导量子比特与外界电磁环境隔离,为超导量子比特的操控和测量提供了一种简单和可靠的方式,并且这种方法提供了一种人工原子和光子的强耦合,也可以用来研究量子光学中的各种实验。本文主要的研究内容是Transmon和叁维谐振腔或者共面波导谐振腔耦合的cQED系统。首先介绍超导量子比特的基本概念,电路量子电动力学的基本内容以及基于这种方案搭建的测量系统以及测量方法。然后分别对单个比特和多比特耦合系统在量子信息和量子计算中的应用进行研究。在单比特中,我们利用二能级系统通过绝热演化测量了几何相位,这在容错量子计算中起着非常重要的作用。随后重点演示了非绝热区间内的超绝热布居数迁移。超绝热布居数迁移在量子计算、量子模拟和量子精密测量中起着非常重要的作用。为了抵消在一个快速演化过程中的非绝热的贡献,我们在初始的哈密顿量上增加一项超绝热修正项。在超绝热的过程中,如果初态制备在系统的本征态上,则系统总是沿着哈密顿量的本征态演化。然后我们从超绝热演化中提取出一个NOT门和一个相位Z门,这些操作具有快速和鲁棒性的优点,因此可以应用到量子信息处理中。我们还利用单比特的四能级演示了其作为两比特来实现门操作的可能性。此外,我们利用单比特二能级模拟Z2拓扑半金属的能带结构,揭示了在量子模拟方面,超导量子比特的优越性。最后我们介绍电容耦合和量子总线耦合多个量子比特的方案。在电容耦合系统中实现iSWAP门和控制Z(CZ)门,并且利用两比特以及叁比特的能级免交叉结构实现Landau-Zener-Stucklberg干涉。我们利用两个通过谐振腔耦合的Transmon中实现了两比特纠缠的测量。我们提出了一种利用分别测量两个量子比特的系综平均的方法来得到两比特纠缠态的量子层析。这两个量子比特都分别都有一个谐振腔与之耦合用来读取和操控。当我们制备了初态以后,每次都在后面进行一个幺正操作,这样进行四次,我们通过解一系列包含密度矩阵所有元素的方程组就能得到完整的密度矩阵了。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
电路量子电动力学论文参考文献
[1].赵鹏.电路量子电动力学：光与物质相互作用[D].南京大学.2018
[2].李蒙蒙.电路量子电动力学系统中的量子信息处理[D].南京大学.2018
[3].杨阳,齐波,崔巍.量子态估计简介及其在超导电路电动力学系统中的应用[J].控制理论与应用.2017
[4].刘宇浩.超导电路量子电动力学系统的调控与读取[D].南京大学.2016
[5].陈隆.基于电路量子电动力学系统的超强压缩的研究[D].温州大学.2016
[6].张英俏.电路量子电动力学系统中的几何相位门制备[J].延边大学学报(自然科学版).2015
[7].李卫东.耗散电路量子电动力学系统中量子关联的研究[D].江西师范大学.2015
[8].赵英燕,高贵龙,唐龙英,姜年权.基于电路量子电动力学系统实现一维cluster态的制备[J].量子光学学报.2014
[9].胡燕.耦合超导量子比特在电路腔量子电动力学中量子关联的研究[D].江西师范大学.2013
[10].孟建宇,王培月,冯伟,杨国建,李新奇.关于电路量子电动力学系统中光子自由度的消除方案[J].物理学报.2012