超导电荷量子比特研究综述

随着量子计算机以及量子算法的提出,人们开始寻找可以实现量子计算机的真实物理体系。超导量子电路以其丰富的可设计性和优良的易集成性成为最有潜力实现量子计算机的人造量子体系。文章介绍了超导电荷量子比特的基本原理、超导电荷量子比特的耦合以及耗散和退相干问题,展望了超导电荷量子比特在量子计算和量子信息科学中的应用前景。     

超导量子比特中的Landau-Zener-Stckelberg干涉

超导量子比特是人工固态量子系统,在低温和弱耗散条件下,具有量子化的能级结构.这些能级之间的间隔可以随外加偏置电磁场连续变化,不同能级在某些偏置场可能形成量子系统中所特有的免交叉.最近研究成果表明,利用这些免交叉,可以在固态量子比特中实现Landau-Zener-Stckelberg（LZS）干涉,为测量系统的能谱、表征系统与环境的耦合、实现量子逻辑门、产生量子纠缠等提供了一个便捷的新手段.     

基于腔场耦合的超导比特的量子计算(英文)

利用超导量子比特实现量子计算在世界范围内备受理论界和实验界的关注.在这一体系中实现量子计算的明显好处是具有非常好的操控技术及容易集成化.过去10年实验的快速突破验证了体系的这些优势.在调节不同比特耦合方面,利用微波腔场耦合比特的平台已经建立起来.该综述将重点介绍如何形成等效的超导电荷比特、它和腔场的耦合,以及利用腔场耦合多个比特等内容.     

量子环中量子比特的自由旋转品质因子

在量子环中电子与体纵光学声子强耦合的情况下,通过求解能量本征方程,得出了电子的第一激发态和基态的能量及其波函数.数值计算结果表明自由旋转品质因子随量子环内径(或外径)的增大而减小,且随电子-声子耦合强度的增大而增大.     

用微波-超导量子比特系统实现一位通用量子逻辑门

该文研究了二能级射频超导量子干涉仪量子比特与经典微波脉冲的相互作用.研究结果表明,当微波场的角频率接近于系统二能级|0〉|1〉跃迁频率时,即ω1-ω0≈ωm,可以得到一位通用量子逻辑门.通过调节控制微波场的角频率ωm,幅度Vm和脉冲作用时间t,可以得到不同的一位量子逻辑门.     

量子盘中量子比特的性质

在考虑电子与体纵光学声子强耦合的条件下,通过求解能量本征方程,得出了量子盘中电子的基态能量和第一激发态能量及其相应的本征波函数;采用幺正变换和元激发理论方法研究了声子效应;并以极化子的基态和第一激发态为基础构造一个量子比特.对KBr量子盘的数值计算表明:量子盘的尺寸效应显著,其能量随半径的减小迅速增大;量子比特内电子的概率密度与空间坐标和时间有关,当角坐标和时间给定时,概率密度随半径的变化而变化,在盘中心位置处电子的概率密度最大,在盘界面处概率密度为零;当半径和时间给定时,概率密度随角坐标的变化而变化;并且各个空间点的概率密度均随时间作周期性振荡.     

抛物线性限制势量子点量子比特的振荡周期

在抛物量子点中电子与体纵光学声子强耦合的条件下，应用Pekar变分方法得出了电子的基态和第一激发态的本征能量及基态和第一激发态本征波函数．量子点中这样二能级体系可作为一个量子比特．当电子处于基态和第一激发态的叠加态时，计算出电子在空间的几率分布作周期性振荡．并且得出了振荡周期随受限长度及耦合强度的变化关系．     

二项式光场与负二项式光场对超导量子比特读出电流的影响

研究了二项式态光场和负二项式态光场与耦合超导量子比特相互作用下的超导电流的时间演化规律.研究结果显示:在确定的二项式态或负二项式态光场中,耦合超导量子比特的初始量子态对穿过自身的超导电流的动力学行为几乎没有影响;但光场的量子态,尤其是光场参数对超导电流的动力学行为具有调控作用.因此,通过测量超导量子比特的输出电流,能够探测量子光场的统计性质.     

用六量子比特团态实现两量子比特态秘密分享

本文提出了一个量子态分享方案用来分享两量子比特纯态。方案中,量子通道是六量子比特团态(cluster态)。通过两个贝尔态测量,发送者(Alice)可将任意两量子比特纯态平均地分配给两个远处的代理(Bob和Charlie),为了使Bob还原发送者的量子态,Charlie需执行两个单量子比特测量。在获知Alice和Charlie的测量结果后,Bob可以通过一个合适的两量子比特酉操作得到Alice所发送的两量子比特态。本文详细给出了对应于所有测量结果的Bob所需的操作。     

抛物势量子点电荷量子比特的消相干

通过求解能量的本征方程得出了抛物线性限制势下柱形量子点中电子的基态、激发态本征波函数及其本征能量,将基态、激发态二能级系统作为一个量子比特,利用费米黄金规则讨论了量子点受限长度对量子点消相干速率的影响,同时讨论了电子在空间概率密度分布的时间演化和振荡周期.数值计算结果表明,量子比特的消相干速率随受限长度的增加而减小,振荡周期随受限长度的增加而增加.电子的概率密度在空间呈周期性的变化.     

球型量子点量子比特内电子的概率密度分布

通过精确求解能量本征方程及变分方法,得到球型量子点中电子-声子相互作用体系的基态和第一激发态能量,以这样一个两能级体系构成一个量子比特.数值计算表明,当量子点尺寸一定时,量子比特中电子的概率密度随空间位置的变化而变化,且各个空间点的概率密度均随时间做周期性振荡,振荡周期随球半径的增大而增大.     

利用超导磁通量子比特对单电子自旋进行单点读出（英文）

提出了一种基于量子非破坏性测量协议利用超导磁通量子比特对单电子自旋进行单点读出的方案.在该协议中,超导磁通量子比特与电子自旋相互作用一段时间,然后通过对其测量来间接得到电子的信息.由于该测量对电子自旋的态是非破坏性的,因此可以利用该超导磁通量子比特对电子自旋进行反复的读出,从而达到一个较高的读出精度.     

利用四能级超导量子干涉仪实现N比特受控U门

提出了利用四能级超导量子干涉仪器实现N比特的受控U门的方案,其中四能级中的2个最低能态作为逻辑态,2个中间能态在门操作过程中起辅助作用.通过N个SQUID与腔场的共振相互作用和大失谐相互作用,实现高速的N比特受控U门.     

超导信道的量子密码通信

量子密码通信是一种新的密钥通信方法，可以发现任何窃听者。现有的量子密码通信基于弱光传输。这里提出一种以超导信道中的约瑟夫森电子干涉效应为基础的量子密码通信方案，并讨论了其可行性和保密性     

量子点受限长度对量子比特自由旋转品质因子的影响

利用抛物量子点中电子的二能级系统作为一个量子比特．研究了量子比特的自由旋转品质因子和量子点受限长度的关系．在本文的量子比特模型中。得到了量子比特的自由旋转品质因子随着纵向受限长度的增加而减少。而不随横向受限长度发生变化．同时发现能级结构也随受限长度的变化而发生变化．     

通过双Raman作用在超导量子干涉器件中实现多比特GHZ态

在腔中通过双Raman作用,在超导量子干涉器件中实现多比特GHZ（Greenberger-Horne-Zeilinger）态的制备.在制备过程中,由于腔场只是被虚激发的,所以腔模的衰减可以忽略.GHZ态的实现只用到了超导系统的两个基态,有效地避免了超导系统激发态的弛豫.     

量子比特的密度矩阵表示

介绍了量子比特、密度矩阵和Bloch向量的概念,然后借助外积这一数学工具给出了单量子比特和混合态量子比特的密度矩阵表示及其相关性质,以矩阵及算子理论为基础,对纯态、混合态、缠绕态及叠加态的密度矩阵表示进行了分析,所得结果有助于加深理解量子理论。     

二维量子阱中单电子量子比特的性质

通过求解能量本征方程,得到弱磁场作用下的二维势阱中电子的本征能量及其波函数,进而以基态和第一激发态波函数构造了一个量子比特.数值计算结果表明,量子比特内电子的空间概率密度随空间坐标和时间的变化而变化,在阱的边缘处出现的概率值为零,在其他位置相对较大;各个空间点的概率密度均随时间做周期振荡,振荡周期与阱宽有关,与外磁场无关,它随阱宽的增加而增大.     

多个超导磁通量子比特的可控耦合

通过在两个或者三个超导磁通量子比特中插入一个耦合线圈,使得超导磁通量子比特与线圈有一个强的相互作用。耦合线圈的磁通直接影响两个超导磁通量子比特的耦合强度J,因此可以通过对线圈磁通的控制来调控超导磁通量子比特的耦合强度J。     

空间运动对原子系综量子比特的影响

通过推广原子系综集体激发态量子漏损(Quantum Leakage)的概念, 应用原子相干态的方法, 系统地研究了原子质心的空间运动对二能级原子系综集体对称态动力学演化的影响. 在宏观极限下, 分析了原子系综集体态在有限温度时的量子退相干效应. 研究表明, 随着系综中的原子数N → ¥ , 系统的保真度将变得很坏. 因此, 在利用原子系综存贮量子信息的研究中, 量子漏损将是一个不可忽略和回避的问题. 这些研究为原子系综能否作为量子比特应用于量子信息提供了理论上的可行性分析.