Coherent coupling of a superconducting flux qubit to an electron spin ensemble in diamond

During the past decade, research into superconducting quantum bits (qubits) based on Josephson junctions has made rapid progress. Many foundational experiments have been performed, and superconducting qubits are now considered one of the most promising systems for quantum information processing. However, the experimentally reported coherence times are likely to be insufficient for future large-scale quantum computation. A natural solution to this problem is a dedicated engineered quantum memory based on atomic and molecular systems. The question of whether coherent quantum coupling is possible between such natural systems and a single macroscopic artificial atom has attracted considerable attention since the first demonstration of macroscopic quantum coherence in Josephson junction circuits. Here we report evidence of coherent strong coupling between a single macroscopic superconducting artificial atom (a flux qubit) and an ensemble of electron spins in the form of nitrogen-vacancy colour centres in diamond. Furthermore, we have observed coherent exchange of a single quantum of energy between a flux qubit and a macroscopic ensemble consisting of about 3?×?10(7) such colour centres. This provides a foundation for future quantum memories and hybrid devices coupling microwave and optical systems.     

具有质量涨落的双分数阶耦合谐振子系统的随机共振

本文对具有质量涨落的双分数阶耦合振子系统的随机共振（Stochastic Resonance,SR）进行了研究. 在利用Shapiro-Loginov公式和Laplace变换求得系统输出振幅增益（output Amplitude Gain,OAG）的解析式后,本文研究了不同参数对OAG共振行为的影响. 数值模拟结果显示,OAG随噪声强度、信号频率及阻尼系数的变化出现随机共振. 此外,分数阶和耦合系数对OAG的随机共振也有影响.     

量子谐振子与经典谐振子的比较

在Heisenberg表象,通过引入升降算符求解了量子谐振子,计算了任意初态情况下坐标、动量、动能、势能和哈密顿量的期望值,并同经典谐振子的相应力学量进行了比较,得出了量子谐振子只能在一定条件下趋近于经典谐振子而不可能等同。     

Spectrum of a superconducting phase qubit coupled to a microscopic two-level system

We measured experimentally the spectrum of a superconducting phase qubit. An avoided energy-level crossing is obviously observed, which is due to the coupling to a microscopic two-level system. With different theoretical methods, we simulated the spectrum, from which we can obtain the coupled system＇s parameters and the coupling mechanism.     

Spectrum of a superconducting phase qubit coupled to a microscopic two-level system

We measured experimentally the spectrum of a superconducting phase qubit. An avoided energy-level crossing is obviously observed, which is due to the coupling to a microscopic two-level system. With different theoretical methods, we simulated the spectrum, from which we can obtain the coupled system’s parameters and the coupling mechanism.     

三维各向同性谐振子的升降算符

利用特殊函数关系式以及算符r,1r,ddr对径向函数的作用结果, 得出三维各向同性谐振子的径向算符,便于求解力学量的平均值.重新定义其升降算符,便于求解矩阵元.     

二维耦合干摩擦振子黏滑运动分析

针对工程中广泛存在的二维干摩擦问题,通过引入斜弹簧建立一种可考虑x,y两个方向耦合的振子模型。定义摩擦力方位角来描述动、静摩擦力矢量分量,并考虑振子振动过程中可能出现黏滞,提出了一种分析二维耦合干摩擦振子黏滑运动的方法,给出了二维耦合干摩擦振子黏滑运动的复杂边界条件。基于指数型动态摩擦模型对二维耦合干摩擦振子的黏滑运动进行了数值仿真,给出了x方向和y方向相同激振频率相同相位角、相同激振频率不同相位角、不同激振频率不同相位角3种工况下的仿真结果及系统解随激振频率和相位角的变化规律。仿真结果表明,二维耦合摩擦振子运动中可能出现黏滑状态转换;当x方向和y方向的激励频率和相位角均不相等时,与前两种工况相比,质量块的运动轨迹、系统相图均为更加复杂的平面曲线,同时一个周期内系统可出现多次黏滑转换;两个方向激振频率相同时,改变激振频率和激励相位角,系统的解均没有出现次谐波,振子为周期运动。所提出的方法可为进一步研究二维耦合干摩擦振子的动力学特性及运动稳定性提供参考。     

虚时演化-劈裂算符方法在谐振子中的应用研究

发展了一套以非微扰的方式求解含时薛定谔方程的理论方法(虚时演化-劈裂算符法),该方法分别选用动量表象和坐标表象作为含时波函数演化的两个表象.在坐标表象下波函数的坐标部分使用库仑函数离散变量来离散,动量表象下时间波函数展开在对应的格点上.以谐振子为例,进行了数值计算,发现在谐振势中放置两个电子,它们之间存在库仑相互作用.通过改变谐振势的强度,可以探索双电子基态波函数的定性变化.当谐振势较弱的时候,两个电子的波函数没有交叠,可作为Wigner晶格出现的证据.随着谐振势的增强,电子波函数开始发生重叠,类似于分子形成过程.     

一类叠加势Klein-Gordon方程束缚态的解析解

讨论了在标量势和矢量势相等条件下,叠加势V=12r2 Ar2 Br4 Cr6三维K lein-Gordon方程的s波束缚态解,应用多项式函数的系数关系,确定了s波束缚态体系能级、波函数的通解和势参数必须满足的约束条件。     

耦合谐振子的量子绝热捷径设计

量子绝热捷径技术旨在加快量子绝热慢过程,已经被广泛用于原子的冷却、转移等量子信息处理过程.研究耦合谐振子模型的量子绝热捷径设计及其热机应用,基于耦合谐振子模型的量子不变量,首先得到Ermakov方程,然后反设计耦合谐振子频率,最终加快绝热过程而不产生末态激发.本工作为耦合谐振子的量子态操控及超绝热量子热机提供了新思路.     

N维各向同性谐振子的超对称量子力学

构造了一个特殊的超对称伙伴势V±(x),在形不变势条件下,用超对称量子力学(SQM)方法,得到了N维各向同性谐振子的能量本征值和本征函数.     

Identification of Markovian open system dynamics for qubit systems

We discuss the problem of identification of the dynamical generators for open two-level quantum systems in a Markovian environment.Based on Bloch sphere representation,the identification problem is converted to the estimation of a 3-dimensional real process matrix A and an inhomogeneous term c.The parameter identifiability and sufficient conditions for completely identification of A and c are obtained.Further discussion shows that the obtained sufficient conditions are not always necessary.The approach can be generalized to finite-level open quantum systems in an arbitary Markovian environment.     

对受迫振动暂态过程的分析

本文对受迫振动暂态过程的图象做了全面分析，用计算机代数系统－ＤＥＲＩＶＥ做出了有关图象，指出了国内一些物理学教科书中所描述的受迫振动暂态过程图象的错误。     

二维谐振子的双波函数描述

用双波函数的量子理论研究二维谐振子力学量的时间演化方程及经典近似 ,证明了二维各向同性谐振子角动量守恒     

经典谐振子的动量-位置不确定关系

推出了经典谐振子的动量-位置不确定关系,并且给出它和量子谐振子的不确定关系之间的对应关系.     

三维各向同性谐振子的量子数阶梯算符

三维各向同性谐振子的量子数阶梯算符查新未王天真（陕西师范大学物理学系，西安７１００６２；第一作者，男，３８岁，副教授）１三维各向同性谐振子的阶梯算符三维各向同性谐振子的哈米顿算符为Ｈ∧＝Ｐ∧２２μ＋１２μω２ｒ２，力学量Ｈ∧，Ｌ∧２，Ｌ∧Ｚ的共同本征...     

频率涨落线性谐振子在简谐激励下的随机共振

研究了线性谐振子在固有频率存在白噪声的情况下受到简谐激励后的系统输出响应.计算出一阶矩的解析表达式后发现:输出响应是简谐振动,振动频率是激励力的频率,振幅随简谐激励力频率和固有频率的变化均出现随机共振.     

非对易相空间中带电谐振子的Wigner函数

从Moyal—Weyl乘法与Bopp变换出发,考虑了坐标-坐标、动量-动量的非对易性;利用非对易相空间量子力学的代数关系,讨论了非对易相空间中带电谐振子的Wigner函数,在所给出的非对易相空间带电谐振子的Wigner函数中出现了依赖于非对易参数的附加项。     

一类环状球谐振子势Klein-Gordon方程的束缚态解

提出了一种新的环状球谐振子势. 在标量势与矢量势相等条件下,应用因子分解方法,求解了零自旋粒子在其中满足的Klein-Gordon方程,得到了束缚态解和能谱方程.归一化角向波函数和径向波函数分别以初等函数表示,并用笛卡尔符号法则讨论了能谱方程.结果表明,粒子在这一势场中惟一地具有正的分立能量本征值.