極強耦合條件下電路QED系統中量子信息處理的研究

《極強耦合條件下電路QED系統中量子信息處理的研究》是依託南昌大學，由廖慶洪擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：極強耦合條件下電路QED系統中量子信息處理的研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：廖慶洪
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

由於超導量子比特大的偶極矩和固態腔小的腔模體積，電路量子電動力學(QED)系統中的耦合強度可以達到與玻色子頻率可比擬甚至大於的程度。在這一極強耦合參數範圍，傳統的旋波近似不再適用，系統展現出一種新的物理圖像。本項目擬研究極強耦合條件下電路QED系統中的量子信息處理。利用廣義旋波近似和Van Vleck微擾理論等方法研究多個超導量子比特與傳輸線腔的極強耦合，利用光刻技術和外加驅動場技術控制超導量子比特與傳輸線腔相互作用，製備多比特糾纏態。通過對超導量子比特、傳輸線腔以及外加驅動場的控制，實現多個超導量子比特間的可控耦合。研究極強耦合條件下實現兩比特超快量子邏輯門的方案，給出方案在實驗上的可行性參數。本項目擬從理論上給出多個超導量子比特極強耦合模型系統的解析解，並將這些解析解用於構造超快量子邏輯門、製備糾纏態，實現超快的量子信息處理。本項目的研究內容具有重要的理論意義和潛在的套用價值。

結題摘要

由於超導量子比特大的偶極矩和固態腔小的腔模體積，電路量子電動力學(QED)系統中的耦合強度可以達到與玻色子頻率可比擬甚至大於的程度。在這一極強耦合參數範圍，傳統的旋波近似不再適用，系統展現出一種新的物理圖像。本項目研究極強耦合條件下電路QED系統中的量子信息處理，主要包括極強耦合條件下實現兩超導量子比特超快控制相位門和iSWAP門以及超導量子比特糾纏態的製備和可控耦合。研究了由超導電荷量子比特和磁通量子比特通過大約瑟夫森結耦合的物理模型中的糾纏特性，研究了該方案中電荷比特和磁通比特的最大糾纏態的製備和保持，給出了方案在實驗上的可行性參數，結果顯示可製備巨觀愛因斯坦-波多爾斯基-羅森（EPR）態和實現快速糾纏過程。研究了兩超導電荷量子比特與壓縮相干態相互作用的糾纏特性。研究結果對於理解和發展巨觀量子糾纏、量子非定域性等量子力學基本原理具有重要的理論意義。