《基於電路QED的量子反饋控制理論研究》是依託北京理工大學，由鄒健擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於電路QED的量子反饋控制理論研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：鄒健
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超導量子比特由於其良好的可操控性和可集成化的特點顯示出作為實用量子比特的巨大潛力，由超導量子比特與超導量子傳輸線組成的系統簡稱電路QED已經被公認為是最有希望實現量子計算機的量子器件之一。由於耗散和量子消相干的存在，如何克服量子消相干操控量子系統是長期以來人們非常關心的一個問題，量子反饋控制是解決這一問題的可能方案。本項目將就如何在電路QED系統中套用和發展量子反饋控制理論做一些探索性的工作，我們以解析計算和數值模擬為主要研究手段，考慮超導量子傳輸線的耗散以及超導量子比特的自發輻射和消相干，引入量子反饋利用量子軌跡方法求解電路QED系統即量子微腔與超導量子比特耦合系統的動力學演化過程，研究如何利用量子反饋來抑制系統的消相干。這不僅具有重要的理論和科學價值，而且為介觀量子器件特別是電路QED的電路設計和量子計算機的最終實現提供物理基礎。
結題摘要
理解開放系統的動力學行為是調控量子系統的前提，在消相干存在的情況下如何調控量子系統是當前量子信息走向實用化所面臨的最關鍵問題。級聯的超導量子比特和超導量子傳輸線系統在一定條件下可以轉化為我們熟悉的自旋鏈系統，如何調控此系統的動力學行為對於量子信息處理是非常重要的。對於兩個連線的具有相同結構的量子處理器A和B比如超導量子比特系統，提出了實現A和B之間完美量子轉移的方案；對於兩個XXZ平行自旋鏈的研究表明，通過控制外場引起的拓撲相移因子既可以提高量子失諧的最大值，也可以提高量子失諧轉移的速度；研究發現DM相互作用會增大長距離糾纏，並且在指示量子相變時量子失諧比糾纏更具有優勢；對於與XY自旋鏈相耦合的兩量子比特，研究發現量子失諧在克服環境所引起的消相干問題上比量子糾纏更具有優勢。提出了利用基於量子跳躍的不連續量子反饋在空間分離的兩個量子比特之間獲得穩定糾纏的方案，發現通過選取適當的反饋哈密頓形式能夠克服耗散在兩量子比特之間實現穩定的最大糾纏態，並且提出了利用此方法產生三個量子比特之間穩定糾纏的方案；結合不變子空間和engineering reservoir的方法提出了一個保護兩個量子比特糾纏的方案，並且發現幾何相和體系的糾纏度是一一對應的；對於光纖連線的兩個光學腔中的兩個兩能級原子，提出了存在耗散情況下保護一類非局域和兩類局域演化的方案，進而給出了保護量子通用門操作的方案。提出了能夠簡化在討論單量子通道非馬爾可夫性時涉及到的跡距離最最佳化計算的有效解析方法；研究發現增加失諧量可以使量子比特系統和環境之間的信息交換加快，在某些情況下能夠使得系統的非馬爾科夫度增加，而增加譜寬度只能使系統的非馬爾科夫度減小；發現對於所有純態，在局域單耗散通道的作用下，其糾纏可以分解為初始糾纏和最大跡距離的乘積；對於局域雙耗散通道，發現有一類糾纏態，其糾纏都可以分解為初始糾纏和最大跡距離的乘積；研究發現在雙耗散信道的共同作用下，糾纏回流表現出了複雜的動力學行為，它並不一定隨著單個通道的非馬爾科夫度的增加而增加。研究發現當系統和環境初始存在量子關聯時，兩量子比特之間的糾纏在演化過程中可以大於系統的初始糾纏，更有趣的是發現當量子比特系統與環境初始處於某一類關聯態時，系統的糾纏不演化但是系統的狀態和量子失諧演化，而當量子比特系統與環境初始處於另一類關聯態時糾纏和量子失諧都不演化，但是系統的狀態演化。
