基於新型耦合機制的超導傳輸線腔陣列量子模擬

《基於新型耦合機制的超導傳輸線腔陣列量子模擬》是依託華中科技大學，由胡勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於新型耦合機制的超導傳輸線腔陣列量子模擬
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：胡勇
• 依託單位：華中科技大學

項目摘要

超導傳輸線腔陣列被認為是最有希望對若干強關聯多體物理模型實現有效量子模擬的物理體系之一。當前最常被使用的電容耦合機制只能誘導出強度固定且為實數的緊束縛型腔間光子跳躍，這種不可調性大大制約了超導傳輸線腔陣列在量子模擬中的潛力。我們在本項目中提出使用超導量子干涉儀（SQUID）來連線超導傳輸線腔陣列以實現量子模擬。相較於傳統的電容耦合方法，我們使用的新型SQUID耦合機制可以給出可調性更為強大的腔間光子跳躍，這一優勢可以被用來簡化已有的理論方案乃至模擬固有耦合機制下難以達成的一些模型。我們將先完善這種新型耦合機制，討論如何在本徵頻率相近的超導傳輸線腔間實現複數光子跳躍因子，再分別發揚這種新型耦合機制的強度可調性和相位可調性，探討在超導傳輸線腔陣列中模擬自旋阻挫現象和實現人工阿貝爾規範勢。我們的研究將為探索自旋阻挫和人工規範勢現象提供新的方法與思路，為未來的相關實驗進行提供理論基礎。

結題摘要

本項目以超導量子電路體系作為研究平台，探究量子計算，量子模擬，和量子信息等方向的新奇物理現象。我們完成了本項目的既定目標。我們從理論上探討了超導傳輸線腔之間基於參量轉換的電感可控耦合機制，並討論如何用這種機制模擬多種凝聚態物理中廣受人關注的物理模型，並探究了這些模型結構的拓撲性質。我們的這種參量方法在電路設計和操控方面優於已有的方案，在當前的技術條件下有很好的可行性，這為在超導量子電路中研究拓撲能帶理論提出了一條新的路徑。此外，我們利用超導量子電路的可調諧性和可擴展性，構造了合理的脈衝，在理論上最佳化了非絕熱和樂量子計算。我們基於諸多類型超導量子電路的理論方案都是實驗上可以實現並且高效的，可以有效規避局域的擾動和電路控制噪聲，進而大大提高了量子超導電路運轉和控制的穩定性，由於我們方案的簡單可行且具有可擴展性，它們有望被實驗套用並實現具有魯棒性的和樂量子計算。我們還在包含超導量子電路的混雜量子體系中提出了兩種可控接合方案來連線拓撲量子比特和超導量子比特以實現普適量子計算。總括來講，我們的研究圍繞著超導量子電路平台展開，以拓撲與幾何的概念為主線，有望為未來實現量子模擬與量子信息過程提供理論支撐。