《基於超導量子器件的集成化固態量子計算》是依託南京大學，由於揚擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於超導量子器件的集成化固態量子計算
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：於揚
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超導量子器件具有初始化、調控、測量、集成都十分方便的突出優勢，成為實現實用化的量子計算的主要候選系統之一。但是，超導量子器件和環境較強的相互作用導致其退相干時間較短，雖然目前達到量子比特的基本要求，但還不足以滿足大規模量子計算的要求。另一方面，許多微觀量子比特具有很長的相干時間，例如近來研究熱點之一的金剛石NV中心就具有毫秒以上的退相干時間。因此，立足超導量子器件的優勢，並發揮微觀量子比特退相干時間長的特點，探索二者結合構成混合量子信息處理系統在基礎研究和量子計算的實現方面都具有特別重要的意義。本項目研究集成超導量子器件和微觀量子系統實現固態量子計算：包括耦合量子比特的設計和加工；超導量子比特和微觀系統組成的混合系統中量子態的相干調控和探測；研究超導量子比特和微觀量子比特的強耦合，進行集成化量子信息存儲和量子信息處理；研究各種相互作用以及測量對量子相干以及系統退相干時間的影響。
結題摘要
超導量子計算主要研究方向是延長退相干時間，增加量子比特操控、測量精度，擴展量子比特的數目。項目在超導量子比特和諧振腔組成的混合量子系統中就這三個方面都開展了深入研究。設計和製備了和超導諧振腔耦合的超導量子比特，通過改變超導材料、膜厚、氧化條件和微加工工藝，最佳化了超導量子比特和諧振腔的製備過程，能穩定地加工各種超導量子比特，超導量子比特的退相干時間達到20微秒，諧振腔的Q值達到100萬，接近國際一流水平。研究了超導量子比特和超導諧振腔耦合組成的混合系統的量子態的相干調控和探測。設計和製備了包括3個超導量子比特和2個諧振腔的量子系統，觀測到量子相干振盪，演示了單比特和兩比特相干操控。單比特操控保真度達到99.5%，兩比特保真度達到98.3%。此外，已經分別設計、製備了5個和13個通過諧振腔耦合的超導量子比特晶片，測量結果單比特工作正常，即將測量多比特之間的耦合。項目還研究了測量系統對量子比特退相干的影響，從地線、禁止、測量線路等多方面改進了測量系統，延長了退相干時間。利用量子比特研究了新的巨觀量子現象，首次實驗實現幾何相的landau-Zener干涉，模擬了1維伊辛模型的Kibble-Zurek機制，模擬了能帶結構中的拓撲相變。 這些成果在研究基礎量子理論和集成化量子計算的實現方面都有重要意義。
