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Circuit QED体系中的微波光子输运研究

作　者: 陈幼玲
导　师: 周正威；郭光灿
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 光学
关键词: 腔量子电动力学量子计算耦合体系消相干反射谱超导金属量子比特输运特性电磁感应透明电容耦合
分类号: O413.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

基于量子力学的迭加性原理,量子算法几何量级的提高了经典算法的效率,利用量子算法量子计算机因而可能完成许多经典计算机无法完成的任务。量子计算吸引了越来越多研究者的兴趣。可能应用于量子计算的物理体系有很多种,包括核磁共振(NMR),线性光学(linear optics),离子阱(ion trap),量子点(quantum dot),超导约瑟芬结(Josephson junction)电路和腔量子电动力学(cavity quantum electrodynamics, cavity QED)等。这些方案各有优缺点,被国内外不同的研究组所采用。然而,考虑量子计算的各种条件,尤其是其物理可集成性的需求,基于超导约瑟芬结电路和腔量子电动力学的方案是目前为止被普遍认为比较有前途的两种物理体系。最近,国际量子信息领域的一个研究热点是将超导约瑟芬结电路和腔量子电动力学结合起来,形成了一个全新的复合体系,即线路量子电动力学(circuit QED),吸引了人们的广泛关注。国内外,基于线路量子电动力学的理论和实验研究取得了重要的进展。本论文的主要动机是研究该复合体系的光子输运行为,为其应用于量子计算和量子信息处理提供一定的理论依据和基础。依赖于体系的耗散率,我们预测了类似Fano效应的传输谱线和类似电磁感应透明的反射谱线。根据谱线的变化,我们可以反过来研究该复合体系的耗散等退相干行为。本硕士论文由五章组成。第一章作为序言,我们交代了本论文的主要研究内容和结构。第二章介绍了用超导Josephson结电路实现量子计算的基础。我们依次介绍了低温超导的BCS理论,Ginzberg-Landau理论,直流和交流Josephson效应,Josephson电荷量子比特,实验上的进展和Josephson持续电流比特。第三章是对腔量子电动力学的简要回顾。我们介绍了标准的Jaynes-Cummings模型,交代了强耦合条件,最后重点推导了腔的光场输入输出关系。第四章的主要内容是超导传输线腔。从它的结构讲起,我们把重点放在腔内电压模式的求解。第五章介绍了作者在攻读硕士学位期间所完成的一个重要工作。利用超导Josephson电荷比特与超导传输线腔耦合,在电路上实现量子电动力学的研究平台,我们重点研究Josephson电路对传输线腔光子输运特性的影响。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章引言  7-11
第二章超导量子计算  11-29
  2.1 低温超导体的 BCS 理论  11-12
  2.2 GL 理论  12-14
  2.3 直流和交流 Josephson 效应  14-15
  2.4 Cooper 对盒子(Cooper-pair Box, CPB)  15-18
  2.5 超导量子干涉仪  18-19
  2.6 比特间耦合  19-21
  2.7 Josephson 电荷 qubit 实验上的进展  21-24
  2.8 Josephson persistent-current(PC)比特  24-29
第三章腔量子电动力学  29-39
  3.1 腔量子电动力学简介  29-32
  3.2 腔的输入输出关系  32-37
  3.3 实验技术现状  37-39
第四章超导传输线腔  39-47
  4.1 超导传输线腔简介  39
  4.2 TLR 中电压模式的求解  39-47
第五章 CPB-TLR 耦合体系的单光子输运  47-65
  5.1 CPB-TLR 耦合体系的研究进展  47-51
  5.2 电磁感应透明简介  51-54
  5.3 TLR中的光子输运特性研究  54-65
参考文献  65-69
致谢  69-71
攻读硕士学位期间发表的学术论文  71

Circuit QED体系中的微波光子输运研究

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