超導量子電路中單量子態的相干操控和測量

《超導量子電路中單量子態的相干操控和測量》是依託南京大學，由於海峰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超導量子電路中單量子態的相干操控和測量
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：于海峰
• 依託單位：南京大學

項目摘要

基於約瑟夫森結的超導量子電路既可以作為量子比特來開展量子計算的研究，又可以作為固態人工原子在晶片上實現原子物理和量子光學等實驗的基礎研究。這些研究中，單量子態的相干操控和測量是兩個基本課題。在本項目中我們通過電磁誘導透明、Aulter-Townes 劈裂、真空拉比振盪和Fock 態製備的實驗來開展三能級人工原子和電路量子電動力學中單量子態的調控研究；通過色散讀取方案來實現超導量子比特的非破壞性測量。這些實驗的開展為理解自然原子與人工原子的差別、拓展固態量子電路的研究領域，為超導量子計算中單量子態的精確操控和精密測量打下良好的研究基礎。

結題摘要

整個項目的實施按照項目計畫書中的年度計畫執行，根據研究內容和研究目標，我們製備出長壽命的超導量子比特（能量弛豫時間達到33微秒）和高品質因子的共面波導諧振腔（品質因子大於1百萬），搭建出三套量子非破壞性測量系統，實現了對超導量子電路中的單量子態的高精度的操控和高保真度的測量，系統地研究了基於單量子比特三能級或四能級人工原子的量子現象，如ATS、暗態、真空拉比振盪等現象，把原子物理和量子光學中的部分概念從自然原子擴展到人工原子。並在此基礎上，開展了一些有特色的工作，如新型量子比特、諧振腔、空氣橋製備工藝的改進；利用無磁塗料實現紅外線的有效禁止、多比特樣品的立體化封裝、糾纏態量子tomography的測量、超強驅動下拉比模型的量子模擬以及構建出一台量子模擬器，該模擬器可以對新奇拓撲材料（時間-空間聯合保護的狄拉克半金屬、weyl半金屬、麥克斯韋半金屬以及hopf-link半金屬）的能帶結構進行有效的量子模擬，受益於微波參量空間容易調控的優勢，可以對不同材料的拓撲陳數、量子相變進行觀測。在項目執行期間，共發表了標註的sci論文22篇，培養研究生9人，整體而言，完成了計畫書/申請書中的研究內容和目標。