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相似文献
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1.
赵虎  李铁夫  刘其春  张颖珊  刘建设  陈炜  Chen Wei 《物理学报》2014,63(22):220305-220305
超导量子比特的退相干时间是决定超导量子计算能否实现的重要指标之一. 文章以三维传输子量子比特(3D transmon)为研究对象, 在氧化硅衬底上制备了三维传输子量子比特, 并在超低温下(10 mK), 采用拉比振荡(Rabi oscillation)、能量弛豫(energy relaxation)、 拉姆齐条纹(Ramsey fringe)、自旋回波(spin echo)的方法, 对其进行了详细的退相干时间常数表征. 结果显示该量子比特的退相干时间在几百纳秒. 根据几种退相干时间的关系进行计算, 可以看出, 低频噪声目前不是影响量子比特退相干的最主要因素, 而氧化硅中的缺陷可能是样品退相干时间的主要瓶颈. 关键词: 三维传输子量子比特 拉比振荡 拉姆齐条纹 自旋回波  相似文献   

2.
《大学物理》2021,40(7)
随着2019年谷歌成功实现了“量子优势”,超导量子计算的研究正引起人们更加广泛的关注.超导量子比特是拥有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等量子力学特性的宏观器件,目前被广泛应用于量子物理、原子物理、量子光学、量子化学、量子模拟和量子计算等诸多领域中.本文将重点讨论位相、电荷、传输子以及磁通型超导量子比特的基本原理及其器件结构,并讨论器件的制备方法和量子态测量技术,最后对基于超导量子比特开展的物理问题的研究做一简单介绍.  相似文献   

3.
赵士平  刘玉玺  郑东宁 《物理学报》2018,67(22):228501-228501
近年来,超导量子计算的研究有了很大的进展.本文首先介绍了nSQUID新型超导量子比特的制备和研究进展,包括器件的平面多层膜制备工艺和量子相干性的研究.这类器件在量子态的传输速度和二维势系统的基础物理问题研究方面有着很大的优越性.其次,国际上新近发展的平面形式的transmon和Xmon超导量子比特具有更长的量子相干时间,在器件的设计和耦合方面也有相当的灵活性.本文介绍了我们和浙江大学与中国科学技术大学等单位合作逐步完善的这种形式的Xmon器件的制备工艺、制备出的多种耦合量子比特芯片,以及参与合作,在国际上首次完成的多达10个超导量子比特的量子态纠缠、线性方程组量子算法的实现和多体局域态等固体物理问题的量子模拟.最后介绍了基于这些超导量子比特器件开展的大量的量子物理、非线性物理和量子光学方面的研究,包括在Autler-Townes劈裂、电磁诱导透明、受激拉曼绝热通道、循环跃迁和关联激光等方面形成的一整套系统和独特的研究成果.  相似文献   

4.
3D Transmon是目前已知退相干时间较长的一种超导量子比特,在超导量子计算、量子光学、腔量子电动力学等方面具有重要的应用.拉比振荡是表征量子系统退相干时间的重要方法,也是体现量子系统能够进行能级演化的基本实验.对3D Transmon进行拉比振荡测试,需要进行严格的时序控制,测试调试的过程较为繁琐.本文制备了3D Transmon样品,对其基本参数进行了测试表征,创新性地提出了一种基于网络分析仪的拉比振荡测试方法,基于该方法的测试系统搭建简单,可作为迅速验证3D Transmon是否具备量子特性的一种手段,该方法也可推广至其他量子系统进行时域特性的初步验证.  相似文献   

5.
量子力学自建立以来很长一段时间被当作是描述系综运动的理论.但是上世纪80年代对冈禁离子和原子的研究观测到了量子跳跃现象,迫使人们发展了一些能够用于单量子系统的方法,其中之一就是量子跳跃方法.本文总结了我们近来把量子跳跃方法应用到以约瑟夫森隧道结为基础的超导量子比特的工作.我们不但实验观测到宏观量子系统中的量子跳跃,还可以利用量子跳跃现象来研究固体中普遍存在的两能级系统及其引起的超导量子比特中的退相干.  相似文献   

6.
许鹏  何晓东  刘敏  王谨  詹明生 《物理学报》2019,68(3):30305-030305
相互作用可控、相干时间较长的中性单原子体系具备在1 mm2的面积上提供成千上万个量子比特的规模化集成的优势,是进行量子模拟、实现量子计算的有力候选者.近几年中性单原子体系在实验上取得了快速的发展,完成了包括50个单原子的确定性装载、二维和三维阵列中单个原子的寻址和操控、量子比特相干时间的延长、基于里德伯态的两比特量子门的实现和原子态的高效读出等,这些工作极大地推动了该体系在量子模拟和量子计算方面的应用.本文综述了该体系在量子计算方面的研究进展,并介绍了我们在其中所做的两个贡献:一是实现了"魔幻强度光阱",克服了光阱中原子退相干的首要因素,将原子相干时间提高了百倍,使得相干时间与比特操作时间的比值高达105;二是利用异核原子共振频率的差异建立了低串扰的异核单原子体系,并利用里德伯阻塞效应首次实现了异核两原子的量子受控非门和量子纠缠,将量子计算的实验研究拓展至异核领域.最后,分析了中性单原子体系在量子模拟和量子计算方面进一步发展面临的挑战与瓶颈.  相似文献   

7.
量子力学自建立以来很长一段时间被当作是描述系综运动的理论。但是上世纪80年代对囚禁离子和原子的研究观测到了量子跳跃现象,迫使人们发展了一些能够用于单量子系统的方法,其中之一就是量子跳跃方法。本文总结了我们近来把量子跳跃方法应用到以约瑟夫森隧道结为基础的超导量子比特的工作。我们不但实验观测到宏观量子系统中的量子跳跃,还可以利用量子跳跃现象来研究固体中普遍存在的两能级系统及其引起的超导量子比特中的退相干。  相似文献   

8.
刘云飞  肖景林 《物理学报》2008,57(6):3324-3327
在一个抛物量子点中,以激子的真空态和基态作为量子比特(qubit),采用求密度矩阵元的方法,计算了由形变势下声学声子引发的激子量子比特纯退相干.找到了激子量子比特纯退相干因子对时间、温度和量子点受限长度的依赖关系.研究发现,激子量子比特的退相干因子在2.5ps的时间范围内随时间的增加而迅速增加,其纯退相干时间在ps量级;在温度即使为绝对温度0K时由LA声子引发的退相干依然存在,在温度大于3K后退相干因子随温度的增大而开始迅速增大;并同时发现量子点受限长度对退相干因子有重要影响,激子越受限退相干越快.研究结果表明,对激子量子比特使用适当大小量子点,且保持环境低温,并采用低能超快光学操作可以有效地抑制声子对激子量子比特纯退相干的影响. 关键词: 量子点 量子信息 量子比特  相似文献   

9.
李爱军  高锦岳 《物理》2008,37(3):144-151
原子相干效应是相干电磁场与原子相互作用的产物,在量子光学领域有重要的研究价值.许多重要的物理现象都是由原子相干效应引起的.文章介绍了基于原子相干效应的电磁感应光透明、相干烧孔、双暗态、真空感应相干、部分受激拉曼绝热过程的光存储、光信息在不同通道之间的转换与擦除等现象的理论和实验研究,并简单介绍了它们的应用价值.  相似文献   

10.
赵娜  刘建设  李铁夫  陈炜 《物理学报》2013,62(1):10301-010301
超导量子比特以其在可控性、低损耗以及可扩展性等方面的优势被认为是最有希望实现量子计算机的固态方式之一.量子比特之间的相干可控耦合是实现大规模的量子计算的必要条件.本文介绍了超导量子比特耦合方式的研究进展,包括利用电容或电感实现量子比特的局域耦合,着重介绍一维传输线谐振腔作为量子总线实现多个量子比特的可控耦合的电路量子电动力学体系,并对最新的三维腔与超导量子比特的耦合结构的研究进展进行了论述.对各种耦合体系的哈密顿量进行了比较详细的分析,并按照局域性和可控性对不同耦合机制进行了分类.  相似文献   

11.
The interaction of solid-state qubits with environmental degrees of freedom strongly affects the qubit dynamics, and leads to decoherence. In quantum information processing with solid-state qubits, decoherence significantly limits the performances of such devices. Therefore, it is necessary to fully understand the mechanisms that lead to decoherence. In this review, we discuss how decoherence affects two of the most successful realizations of solid-state qubits, namely, spin qubits and superconducting qubits. In the former, the qubit is encoded in the spin 1/2 of the electron, and it is implemented by confining the electron spin in a semiconductor quantum dot. Superconducting devices show quantum behaviour at low temperatures, and the qubit is encoded in the two lowest energy levels of a superconducting circuit. The electron spin in a quantum dot has two main decoherence channels, a (Markovian) phonon-assisted relaxation channel, due to the presence of a spin–orbit interaction, and a (non-Markovian) spin bath constituted by the spins of the nuclei in the quantum dot that interact with the electron spin via the hyperfine interaction. In a superconducting qubit, decoherence takes place as a result of fluctuations in the control parameters, such as bias currents, applied flux and bias voltages, and via losses in the dissipative circuit elements.  相似文献   

12.
基于约瑟夫森器件的超导量子比特   总被引:2,自引:0,他引:2  
超导量子比特利用了超导约瑟夫森隧道结的非线性效应,采用了半导体集成电路的工艺,以其无能耗,大设计加工自由度,易规模化等优点而倍受注目。本文对超导量子比特的基本原理及发展过程作了简要综述。首先简要回顾了量子计算的历史,然后介绍了超导量子比特的设计及其调控,并对各种超导量子比特的消相干进行了讨论。  相似文献   

13.
Superconducting quantum circuits based on Josephson junctions have made rapid progress in demonstrating quantum behavior and scalability. However, the future prospects ultimately depend upon the intrinsic coherence of Josephson junctions, and whether superconducting qubits can be adequately isolated from their environment. We introduce a new architecture for superconducting quantum circuits employing a three-dimensional resonator that suppresses qubit decoherence while maintaining sufficient coupling to the control signal. With the new architecture, we demonstrate that Josephson junction qubits are highly coherent, with T2 ~ 10 to 20 μs without the use of spin echo, and highly stable, showing no evidence for 1/f critical current noise. These results suggest that the overall quality of Josephson junctions in these qubits will allow error rates of a few 10(-4), approaching the error correction threshold.  相似文献   

14.
近年来超导量子计算的研究方兴未艾,随着谷歌宣布首次实现“量子优势”,这一领域的研究受到了人们进一步的广泛关注.超导量子比特是具有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等典型量子特性的宏观器件,通过电磁脉冲信号控制磁通量、电荷或具有非线性电感和无能量耗散的约瑟夫森结上的位相差,可对量子态进行精确调控,从而实现量子计算和量子信息处理.超导量子比特有着诸多方面的优势,很有希望成为普适量子计算的核心组成部分.以铌或其他硬金属(如钽等)为首层大面积材料制备的超导量子比特及辅助器件(简称铌基器件)拥有其独特的优点以及进一步发展的空间,目前已引起越来越多的兴趣.本文将介绍常见的多种超导量子比特的基本构成和工作原理,进而按照器件加工的一般顺序,从基片选择和预处理、薄膜生长、图形转移、刻蚀和约瑟夫森结的制备等方面详细介绍铌基超导量子比特及其辅助器件的多种制备工艺,为超导量子比特的制备提供一个可借鉴的清晰的工艺过程.最后,介绍若干制备铌基超导量子比特与辅助器件的具体例子,并对器件制备的工艺与方法的优化做展望.  相似文献   

15.
Prototype Josephson-junction based qubit coherence times are too short for quantum computing. Recent experiments probing superconducting phase qubits have revealed previously unseen fine splittings in the transition energy spectra. These splittings have been attributed to new microscopic degrees of freedom (microresonators), a previously unknown source of decoherence. We show that macroscopic resonant tunneling in the extremely asymmetric double-well potential of the phase qubit can have observational consequences that are strikingly similar to the observed data.  相似文献   

16.
A hybrid quantum computing scheme is studied where the hybrid qubit is made of an ion trap qubit serving as the information storage and a solid-state charge qubit serving as the quantum processor, connected by a superconducting cavity. In this paper, we extend our previous work [CITE] and study the decoherence, coupling and scalability of the hybrid system. We present our calculations of the decoherence of the coupled ion-charge system due to the charge fluctuations in the solid-state system and the dissipation of the superconducting cavity under laser radiation. A gate scheme that exploits rapid state flips of the charge qubit to reduce decoherence by the charge noise is designed. We also study a superconducting switch that is inserted between the cavity and the charge qubit and provides tunable coupling between the qubits. The scalability of the hybrid scheme is discussed together with several potential experimental obstacles in realizing this scheme.  相似文献   

17.
Solid-state qubits have the potential for the large-scale integration and for the flexibility of layout for quantum computing. However, their short decoherence time due to the coupling to the environment remains an important problem to be overcome. We propose a new superconducting qubit which incorporates a spin-electronic device: the qubit consists of a superconducting ring with a ferromagnetic pi junction which has a metallic contact and a normal Josephson junction with an insulating barrier. Thus, a quantum coherent two-level state is formed without an external magnetic field. This feature and the simple structure of the qubit make it possible to reduce its size leading to a long decoherence time.  相似文献   

18.
Taking into account the main noises in superconducting charge qubits (SCQs), we propose a feasible scheme to realize quantum computing (QC) in a specially-designed decoherence-free subspace (DFS). In our scheme two physical qubits are connected with a common inductance to form a strong coupling subsystem, which acts as a logical qubit. Benefiting from the well-designed DFS, our scheme is helpful to suppress certain decoherence effects.  相似文献   

19.
Superconducting qubits connected in an array can form quantum many-body systems such as the quantum Ising model. By coupling the qubits to a superconducting resonator, the combined system forms a circuit QED system. Here, we study the nonlinear behavior in the many-body state of the qubit array using a semiclassical approach. We show that sudden switchings as well as a bistable regime between the ferromagnetic phase and the paramagnetic phase can be observed in the qubit array. A superconducting circuit to implement this system is presented with realistic parameters.  相似文献   

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