《超導量子比特晶片製備及其巨觀量子特性》是依託南京大學，由許偉偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超導量子比特晶片製備及其巨觀量子特性
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：許偉偉
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為了實現量子計算，必須對恰當的量子力學體系中相干的動力學過程進行人為的控制，這一量子態工程已成為現代信息學中一個重要的研究領域。超導量子比特是固態電路可以集成，結構可以進行設計，是目前最有可能成為實用的量子比特實體。本項目從實驗表征出發，開展多個超導量子比特的巨觀量子現象研究。針對超導量子比特晶片中，多個量子比特耦合和調控機理、量子比特與材料微結構的相互作用機制等科學問題展開研究。具體的研究內容為：超導約瑟夫森隧道結構成量子比特的結構；多個量子比特耦合形式與調控方法；兩能級狀態的理論分析與實驗驗證；超導材料、製備工藝、電路結構與巨觀量子特性的關聯；環境噪聲對超導量子比特系統量子態的影響；改善巨觀量子特性的可能途徑等。此項工作的成果將會對國內超導量子計算的實驗研究做出重要貢獻。
結題摘要
超導量子晶片在量子計算、巨觀量子效應，非線性效應等領域具有廣泛的套用前景。本項目研究工作圍繞兩方面進行，一部分為實驗研究，包括超導量子晶片製備工藝，超導量子比特設計參數提取，對其巨觀量子特性進行表征。另一部分根據實驗的量子系統建立理論模型並進行仿真計算，結合實驗結果和理論模型解釋與分析機理。這些研究成果為超導量子比特的實驗研究打下了重要基礎，主要的研究進展： 1、完成了超導相位量子比特、超導量子干涉儀等量子晶片的設計、製備及量子性能測試。關鍵器件隧道結性能指標達到了超導量子晶片的參量要求。為今後各種功能的超導量子晶片的研究打下了堅實的基礎。 2、進行了磁通偏置相位量子比特的研究。得到了量子比特的共振隧穿，qubit能譜，Rabi振盪，退相干等量子效應。提出了一種利用超導Josephson隧道結跳變電流共振峰來標定隧道結能級結構的方法，該方法可以方便地確定任意電流偏置下的隧道結的基態和第一激發態的能級差。 3、設計製備出射頻超導量子干涉儀（RF SQUID），將其套用於在隨機共振等非線性效應的研究中。提出了利用噪聲的作用標定雙穩態系統對稱性的方法，在此基礎上，提出了以測量雙穩態系統布居分布來表征隨機共振的新方法。為操控量子態提供了一種新的方法。 4、利用兩體四能級耦合模型，描述共振微波驅動下的兩體 qubit-TLS 系統的動力學。在微波作用下，超導相位量子比特與微觀二能級系統的耦合中，橫向耦合起主導地位，耦合會降低系統的相干性。這一結果為實驗測量提供了理論指導。研究了共振微波驅動的兩體 qubit-TLS 系統的糾纏動力學性質。當超導量子系統與環境相互耦合時，會呈現糾纏突然死亡以及糾纏又復活等奇特的巨觀量子現象。這源於超導量子比特與微觀二能級系統的相互作用，可以通過調節超導量子比特與共振微波的相互作用時間，調控兩體 qubit-TLS系統的糾纏度。
