论文摘要
自量子理论被提出以来,相干操纵量子系统就成为量子物理学中的一个研究热点,量子信息科学的发展更加推动了这一问题的研究.近年来,随着实验条件和技术水平的进步,人们已经具备了相干操纵单个量子系统的能力.腔量子电动力学、离子阱、玻色爱因斯坦凝聚等物理系统的相干操纵已经得到了广泛的研究.最近几年,由于固态量子计算的推动,基于固态系统的相干操纵也得到了突飞猛进的发展.纳米机械共振腔、超导量子比特、双量子点量子比特、电路量子电动力学等系统的发展使人们开始关注具有很好集成性和相干性的固态量子系统的相干操纵.研究这些量子系统的相干操纵不仅可以用来检验量子力学的基本理论,帮助我们加深理解量子力学的基本原理,还可以挖掘它们在未来尖端技术上的可能应用.本论文就纳米机械共振腔的相干操纵、量子特性的探测以及在量子信息科学中的可能应用展开探讨,根据物理系统的特性,设计合理可行的物理方案来实现纳米机械共振腔的相干操纵和运用.本论文分为五个部分.第一部分包括论文的第二章,主要介绍论文中用到的几个基本物理系统:纳米机械共振腔、超导电荷量子比特、双量子点电荷和自旋量子比特、以及电路量子电动力学的概念、结构和物理特性。第二部分包括第三章和第四章,这一部分讨论了如何利用量子比特作为辅助系统实现对纳米机械共振腔的相干操纵,提出了利用超导电荷量子比特、双量子点电荷和自旋量子比特来实现纳米机械共振腔相干操纵的新机制,并基于这些操纵机制提出了制备纳米机械共振腔的典型量子态(如:压缩态、猫态和纠缠相干态)的方案.第三部分为第五章,我们提出了利用超导电荷量子比特和超导传输线共振腔作为量子探针,探测纳米机械共振腔量子特性的新方案。第四部分为第六章,我们利用量子纳米机械共振腔作为数据总线耦合多个超导电荷量子比特,实现了两比特逻辑门。我们还提出了一种相干耦合纳米机械共振腔和传输线共振腔的方法,实现了它们之间的量子态的转移.第五部分为第七章,为全文的总结和展望。
论文目录
中文摘要英文摘要第一章 绪论§1.1 研究背景与现状§1.2 本文的主要内容第二章 纳米机械共振腔、固态量子比特和超导传输线§2.1 纳米机械共振腔§2.1.1 横梁弯曲振动的经典运动方程§2.1.2 桥§2.1.3 悬臂§2.1.4 等效谐振子§2.2 固态量子比特§2.2.1 约瑟夫森效应§2.2.2 超导电荷量子比特§2.2.3 双量子点量子比特§2.3 电路量子电动力学§2.3.1 一维传输线经典运动方程§2.3.2 一维无损耗传输线的量子化§2.3.3 电路量子电动力学第三章 超导电荷量子比特辅助的纳米机械共振腔的相干操纵§3.1 可控产生压缩真空态和叠加压缩真空态§3.1.1 物理模型§3.1.2 压缩真空态和叠加压缩真空态的制备§3.1.3 参数估计§3.2 两个纳米机械共振腔系统的纠缠相干态的制备§3.2.1 物理模型§3.2.2 纠缠相干态的制备§3.2.3 纠缠相干态的纠缠度§3.2.4 参数估计§3.3 相干耦合超导电荷量子比特和悬臂§3.3.1 物理模型§3.3.2 叠加相干态的制备§3.3.3 悬臂的动力学压缩§3.3.4 探测悬臂的压缩§3.4 小结第四章 双量子点量子比特辅助的纳米机械共振腔的相干操纵§4.1 静电耦合双量子点单电子电荷量子比特和纳米机械共振腔§4.1.1 物理模型§4.1.2 杂化纠缠态和叠加相干态的制备§4.1.3 量子态的层析§4.1.4 参数估计§4.2 塞曼耦合双量子点自旋量子比特和纳米机械共振腔§4.2.1 物理模型§4.2.2 杂化纠缠态和叠加相干态的制备§4.3 静电耦合双量子点两电子自旋量子比特和纳米机械共振腔§4.3.1 物理模型§4.3.2 纳米机械共振腔和量子比特之间的强耦合§4.3.3 参数估计§4.4 小结第五章 纳米机械共振腔中量子特性的探测§5.1 非破坏性测量纳米机械共振腔中的激发数§5.1.1 物理模型§5.1.2 激发数的量子非破坏性测量§5.1.3 参数估计§5.2 探测纳米机械共振腔的振动本质:经典还是量子?§5.2.1 物理模型§5.2.2 量子比特的布居§5.2.3 参数估计§5.3 小结第六章 纳米机械共振腔在量子信息处理中的应用§6.1 利用纳米机械共振腔产生两个超导电荷量子比特的贝尔态和实现两比特逻辑门§6.1.1 物理模型§6.1.2 贝尔态的制备§6.1.3 两比特逻辑门的实现§6.1.4 参数分析§6.2 利用纳米机械共振腔作为数据总线实现两超导电荷量子比特的可控和可选择的两比特逻辑门§6.2.1 物理模型§6.2.2 可控两比特逻辑门的实现§6.2.3 参数估计§6.3 相干耦合纳米机械共振腔和传输线共振腔§6.3.1 物理模型§6.3.2 双模压缩态和叠加压缩态的制备§6.3.3 量子态的转移§6.4 小结第七章 总结和展望参考文献攻读博士期间发表的论文目录致谢
相关论文文献
标签：量子态操纵论文; 纳米机械共振腔论文; 固体量子比特论文; 电路量子电动力学论文; 量子信息论文;
