与Ising链耦合的中心双量子比特系统的量子关联

通过对双量子比特系统分别独自与Ising链耦合情形下的关联问题的研究, 推导出了量子失协和量子关联几何度量的演化规律. 在弱耦合相互作用情况下Ising链的临界点附近, 量子关联存在突变. 此外本文发现在某段时间内的演化过程中几何量子关联度保持不变. 关键词： 量子关联 量子失协 量子关联几何度量     

与XY双自旋链耦合的双量子比特系统的关联性与相干性

研究了双量子比特系统中在具有Dzyaloshinsky-Moriya相互作用的独立XY自旋链环境下的相干性与关联性动力学.推导出相干性与关联性的演化规律.发现在自旋链的临界点附近,当tt_0时,系统相干性的演化与经典关联完全相同;而在tt_0时,则与量子关联完全相同;在t_0时刻,量子关联突变为经典关联.     

光纤耦合双光学腔系统的相干动力学

为了研究量子相干性在腔量子电动力学系统中的动力学和分布特性,基于两个各自捕获原子系综的光学腔建立了双光学腔系统,腔与腔之间由光纤耦合.利用相对熵度量的量子相干性,引入量子相干非平衡性的概念,分析了系统中相干动力学和光纤-腔耦合强度对相干性分布的影响.结果表明:在强耦合极限下,光纤-腔耦合强度的增加有利于保持两腔中的原子的整体相干性;光纤-腔耦合强度、原子-腔耦合强度以及原子数三个参数之间满足特定条件时,腔内的原子相干性可以传输至另一个腔.考虑腔、光纤及原子都存在耗散的情形,对比了不同耗散速率和非耗散情形下的相干性演化,发现耗散使得耦合双腔系统的相干性以及各个腔中的原子相干性发生衰减.     

量子环中量子比特的声子效应

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,得出了电子的基态和第一激发态的本征能量及其波函数,进而以电子-声子系的基态与第一激发态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分布随时间和空间角坐标作周期性振荡,且振荡周期随耦合强度的增大而减小,说明声子将导致量子比特相干性降低;还表明振荡周期随量子环内径（或外径）的增大而增大,因此适当改变量子环的尺度,可以提高量子比特的相干性. 关键词： 量子环 量子信息 量子比特     

两量子比特与谐振子相耦合系统中的量子纠缠演化特性

在非旋波近似下, 利用相干态正交化展开方法, 对两量子比特与谐振子相耦合系统中的量子纠缠演化特性进行了精确计算. 讨论了在共振时, 两量子比特和谐振子耦合系统基态的性质以及量子比特和谐振子之间的纠缠与量子比特-量子比特间的纠缠的不同. 结果表明: 当不考虑外场时, 量子比特-量子比特间的纠缠随着耦合强度的增大从1迅速地减小到零, 表明了量子比特-量子比特间的纠缠对耦合强度是非常敏感的; 而量子比特和谐振子之间的纠缠随着耦合强度的增大从零迅速地增大, 但不能达到理论上的最大值2; 当初始时刻两量子比特没有纠缠时, 在弱耦合强度下, 真空场不能导致纠缠的产生; 而强的耦合非旋波效应则可以导致纠缠的突然产生现象. 关键词： 相干态正交化展开 非旋波近似 量子纠缠     

具有三体相互作用自旋链的量子相干与量子纠缠

本文研究了具有两种三体相互作用的海森堡XXZ自旋链的量子相干与量子纠缠的特性。研究发现，量子相干性不会出现突然死亡现象且非零量子相干性存在的温度范围大于量子纠缠存在的温度范围，说明量子相干性相对于量子纠缠，具有更强的鲁棒性。在量子临界环境中，量子相干性可以表征本模型的量子相变现象。在铁磁情形中，无论外磁场是否为0，单独调控XZX+YZY三体相互作用对于减缓量子相干性的衰减速率与增大量子相干性存在的温度范围效果最好。在反铁磁情形中，外磁场为0时，XZX+YZY与XZY-YZX两种三体相互作用的协同作用可以显著增加量子相干性的最大值，并明显减缓其衰减速率。在铁磁情形与反铁磁情形中都发现当外磁场B <0时，量子相干性存在的温度范围更大，更有利于保存量子相干性。     

新型超导量子比特及量子物理问题的研究

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.     

超短激光脉冲操控双量子比特的量子态

用光与物质相互作用的半经典理论研究了超短激光脉冲与构成双量子比特的二体二能级体系的相互作用,对由不同的激发方式引起的独立双路(Independent Double Path-Ways,IDPW)和相干双路径(Coherent Double Path-Ways,CDPW)进行对比.研究结果表明,与单量子比特相比,双量子比特在超短激光脉冲的作用下,表现出更加丰富的相干性.这种相干特性与体系初态、失谐量和激发的路径都有关.同时,可以利用超短激光脉冲对双量子比特的相干激发,通过调节光脉冲面积来实现量子态的操控.     

两任意量子比特Rabi模型的纠缠演化特性

利用相干态正交化(ECS)法,讨论了两量子比特Rabi模型中的纠缠动力学问题,选取量子比特初态为交换对称的贝尔态,选取光场初态为真空态,分析了不同跃迁频率和不同光场-量子比特耦合强度下量子比特的纠缠演化特性。研究结果表明,在弱耦合情况下,当两个全同的量子比特的跃迁频率与光场频率的差值相同时,纠缠演化几乎相同;当非全同的量子比特跃迁频率相对光场频率对称失谐时,纠缠度比全同时大,失谐量越大,纠缠越强,且纠缠的变化周期与失谐量成反比。在共振情况下,当耦合强度不相等时,两量子比特纠缠演化存在主极大与次极大交替出现的现象;保持其中一个量子比特与光场的耦合强度不变,另一量子比特的耦合强度越强,次极大的峰值越大,但主峰峰值始终能达到最大纠缠;整个过程中纠缠演化表现出周期性。     

运用量子约束动力学对具有耗散的量子位的追踪控制

在有限温度环境内，量子约束动力学及其追踪控制可使退相干系统的相干性稳定一段时间.约束方程产生的控制场能够按量子比特的动力学状态进行控制(量子动力学轨道的反馈控制)；依靠量子比特的这种反馈效应，可使量子位稳定在设定的时间内.同时，在量子位的稳定方面，温度扮演一种消极的角色. 关键词： 量子约束动力学 耗散量子位的控制 追踪控制 量子比特的反馈效应     

磁场方向调制的InAs量子点分子量子比特

在有效质量近似条件下研究了由两个垂直耦合自组织InAs量子点组成的双电子量子点分子的电子结构，在此基础上利用系统的总自旋提出了一种磁场方向调制的量子比特方案.电子的相关效应可以导致系统的总自旋在0和1之间转换，值得注意的是，通过调节外部磁场的方向来实现这种转换，而不是像以往那样通过改变外部磁场的大小.结果支持利用系统的总自旋作为磁场方向调制的量子比特的可能性，而且因为高质量的垂直耦合量子点分子的制作工艺已经成熟，所以这是一个非常现实的量子比特设计方案. 关键词： 量子点分子 磁场方向调制 量子比特     

3D-Transmon与压电振子的量子耦合系统北大核心

微机械振子在量子信息领域有着重要的应用,可用作量子存储器、量子换能器等.鉴于三维传输子量子比特(3D-Transmon)优良的退相干特性以及AlN压电振子较高的谐振频率,我们利用微纳加工技术,在蓝宝石基片上成功制备了3D-Transmon与AlN压电振子的量子耦合系统.实际测量结果显示,在外加磁场偏置下,量子比特的跃迁频率可调范围为4.1~9.8 GHz,能量弛豫时间T1约为4.7μs,并且测量到了能级免交叉现象.这些结果为今后超导量子比特与微机械振子耦合系统的深入研究提供了重要参考.     

与双模场依赖强度耦合下多光子通道中原子比 特周期量子回声产生和调控

旋波近似条件下,运用全量子理论研究了与双模相干光场依赖强度耦合多光子通道中原子比特周期量子回声的产生和控制. 采用数值计算的方法,讨论了双模相干光场平均光子数分布形式、分布范围及原子跃迁时吸收(或发射)的光子数k对原子比特态保真度演化的影响,获得了产生和控制原子比特周期量子回声的系统参量;根据纠缠理论,分析了原子比特态保真度演化与原子约化熵演化的关联. 结果表明:在k=1的双光子过程中,调控光场平均光子数呈对称或不对称分布,当它的取值在一定范围内,原子比特保持良好的相干性和保真度,产生周期量子回声; 对于k≥2的多光子过程,原子比特与双模相干光场始终处于最大纠缠,因此导致了原子比特始终处于部分失真状态,不产生周期量子回声. 本研究揭示了周期量子回声产生的物理实质是原子比特与光场周期性退纠缠.     

三量子比特系统中单个谐振子诱导的量子关联

我们考虑初始无关联并且与由一个谐振子构成的环境之间互相耦合的三量子比特系统。通过研究量子比特-环境的耦合强度以及量子比特初始态对量子关联的影响,我们发现环境可以诱导量子关联,提出并证明了四个命题阐述谐振子如何调控三个量子比特中量子关联的分布。给出了产生量子关联的条件。特别地,对于弱耦合,我们不但能够获得很多的量子关联,而且还使量子比特系统和环境始终处于分离态。一般地,量子关联动力学是很复杂 的,这是由于环境起着两个互相竞争的作用：一方面诱导出各个比特之间的量子关联;另一方面又使它们发生消相干,从而破坏量子关联。     

三量子比特系统中单个谐振子诱导的量子关联

我们考虑初始无关联并且与由一个谐振子构成的环境之间互相耦合的三量子比特系统。通过研究量子比特-环境的耦合强度以及量子比特初始态对量子关联的影响,我们发现环境可以诱导量子关联,提出并证明了四个命题阐述谐振子如何调控三个量子比特中量子关联的分布。给出了产生量子关联的条件。特别地,对于弱耦合,我们不但能够获得很多的量子关联,而且还使量子比特系统和环境始终处于分离态。一般地,量子关联动力学是很复杂 的,这是由于环境起着两个互相竞争的作用：一方面诱导出各个比特之间的量子关联;另一方面又使它们发生消相干,从而破坏量子关联。     

三量子比特系统中单个谐振子诱导的量子关联（英文）

我们考虑初始无关联并且与由一个谐振子构成的环境之间互相耦合的三量子比特系统.研究了量子比特与环境的耦合强度以及量子比特的初态对量子关联的影响,我们发现环境可以诱导量子关联,提出并证明了四个命题阐述谐振子如何调控三个量子比特中量子关联的分布,并且给出了产生量子关联的条件.特别地,对于弱耦合,我们不但能够获得很多的量子关联,而且还使量子比特系统和环境始终处于分离态.一般地,量子关联动力学是很复杂的,这是由于环境起着两个互相竞争的作用:一方面诱导出各个比特之间的量子关联;另一方面又使它们发生消相干,从而破坏量子关联.     

级联动力学退耦合与无消相干子空间实现量子计算

量子计算与量子信息过程中一个最主要的障碍量子消相干问题.克服量子消相干的策略,一般可以分为两大类方式:量子编码和动力学控制.近年来,无消相干子空间的量子编码以其能够有效的避免消相干过程得到了人们的广泛关注,在理论和实验上都取得了较大的进展.另外,利用强快脉冲实现量子系统与环境的动力学退耦合也可以有效的压缩消相干过程,动力学退耦合的噪声控制形式也得到了广泛研究.本文利用强快脉冲实现量子比特与环境的部分退耦合,然后用两个量子比特编码到无消相干子空间,从而可以克服系统与环境的一般耦合带来的消相干.另外,我们考虑了量子比特之间的相互作用,两个量子比特的耦合会导致量子信息在量子比特之间的非控制流动,使量子计算失败.我们利用对两个量子比特实行非同步的脉冲控制,使编码的量子态在比特间固有相互作用影响下保持稳定.我们给出了一维比特串结构的量子计算机模型,每个计算单元内包括三个逻辑比特,每个逻辑比特采用不同的脉冲控制保护量子比特态的稳定.通过调节控制脉冲,有顺序的"打开"不同的相互作用,可以得到普适的逻辑门组,从而实现了可扩展、容错的普适量子计算机.     

超导量子比特的耦合研究进展

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.     

通过设计量子库来调控量子比特间的Bell非定域性研究

量子系统间的Bell非定域性是一种比量子纠缠更为严格的量子关联,它在刻画多体量子关联有着不可或缺的作用.类似于量子纠缠,在开放两量子比特和三量子比特系统中的Bell非定域性可能会出现猝死现象.本文建议了一个可供选择的方案即在热库环境中通过增加辅助粒子来调控两量子比特和三量子比特间的Bell非定域性动力学.研究发现：通过调节辅助粒子数目,不仅两量子比特和三量子比特系统的Bell非定域性可以避免猝死现象的发生,而且在长时间极限下它能维持在一个较高水平.论文得到的结果将对多体量子系统间量子关联的调控和避免猝死现象等相关研究有积极的指导意义.     

超强耦合电路量子电动力学系统中反旋波效应对量子比特频率移动的影响

从实验上研究了四结磁通量子比特与多模共面波导谐振腔构成的超强耦合电路量子电动力学系统.通过传输谱测量和数值拟合,确定量子比特与腔第一模式的耦合强度已达到0.1倍谐振腔频率,进入了超强耦合区域;通过色散读出方法得到了系统的能谱,并通过增加探测场光子,从能谱上得到了量子比特频率随探测光子的位移.这种位移不仅包含旋波项的贡献,也包含了反旋波项的显著贡献,证实我们所实现的超强耦合系统是一个良好的研究量子拉比模型的实验平台,它在量子技术的诸多方面有潜在的应用,如量子模拟、超快量子逻辑门、纠缠态制备、量子比特保护等.