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关于多比特电路量子动力学系统中光子自由度的消除方案研究

孟建宇 王培月 冯伟 杨国建 李新奇

关于多比特电路量子动力学系统中光子自由度的消除方案研究

孟建宇, 王培月, 冯伟, 杨国建, 李新奇
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  • 基于超导传输线和超导量子比特相互耦合的电路量子电动力学 (quantum electrodynamics, QED)系统, 是研究固态量子信息和量子测量与控制的理想实验平台. 本文在已有工作(单比特电路QED)基础上, 进一步研究多比特电路QED系统. 具体通过对两比特系统的量子测量和量子控制动力学的模拟, 检验了"绝热消除"和"极化子变换"两种消除微腔光子自由度方法的适用条件. 和单比特情况不同, 我们特别检验了两比特系统Bell纠缠态的"确定性"制备问题. 在量子路径水平上模拟发现, 由于反馈操作引起量子比特状态翻转, 使得极化子变换方法失效,它所导出的"有效测量算符" (其中含有非平庸的"宇称项")此时也将变得没有意义.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 101202101, 10874176) 和国家科技部973项目(批准号: 2011CB808502, 2012CB932704)资助的课题.
    [1]

    Blais A, Huang R S, Wallraff A, Girvin S M, Schoelkopf R J 2004 Phys. Rev. A 69 062320

    [2]

    Wallraff A, Schuster D I, Blais A, Frunzio L, Huang R S, Majer J, Kumar S, Girvin S M, Schoelkopf R J 2004 Nature (London) 431 162

    [3]

    Haroche S, Kleppner D 1989 Phys. Today 24

    [4]

    Schuster D I, Houck A A, Schreier J A, Wallraff A, Gambetta J M, Blais A, Frunzio L, Majer J, Johnson B, Devoret M H, Girvin S M, Schoelkopf R J 2007 Nature 445 515

    [5]

    Houck A A, Schuster D I, Gambetta J, Schreier J A, Johnson B R, Chow J M, Frunzio L, Majer J, Devoret M H, Girvin S M, Schoelkopf R J 2007 Nature 449 328

    [6]

    Hofheinz M, Weig E M, Ansmann M, Bialczak R C, Lucero E, Neeley M, O'Connell A D, Wang H, Martinis J M, Cleland A N 2008 Nature 454 310

    [7]

    Leek P J, Fink J M, Blais A, Bianchetti R, Gppl M, Gambetta J M, Schuster D I, Frunzio L, Schoelkopf R J, Wallraff A 2007 Science 318 1889

    [8]

    Astafiev O, Inomata K, Niskanen A O, Yamamoto T, Pashkin Y A, Nakamura Y, Tsai J S 2007 Nature 449 588

    [9]

    Schuster D I, Wallraff A, Blais A, Frunzio L, Huang R S, Majer J, Girvin S M, Schoelkopf R J 2005 Phys. Rev. Lett. 94 123602

    [10]

    Gambetta J, Blais A, Schuster D I, Wallraff A, Frunzio L, Majer J, Devoret M H, Girvin S M, Schoelkopf R J 2006 Phys. Rev. A 74 042318

    [11]

    Majer J, Chow J M, Gambetta J M, Koch J, Johnson B R, Schreier J A, Frunzio L, Schuster D I, Houck A A, Wallraff A, Blais A, Devoret M H, Girvin S M, Schoelkopf R J 2007 Nature 449 443

    [12]

    Sarovar M, Goan H S, Spiller T P, Milburn G J 2005 Phys. Rev. A 72 062327

    [13]

    Liu Z, Kuang L, Hu K, Xu L, Wei S, Guo L, Li X Q 2010 Phys. Rev. A 82 032335

    [14]

    Feng W, Wang P, Ding X, Xu L, Li X Q 2011 Phys. Rev. A 83 042313

    [15]

    Wiseman H M, Milburn G J 1993 Phys. Rev. A 47 642

    [16]

    Gambetta J M, Blais A, Boissonneault M, Houck A A, Schuster D I, Girvin S M 2008 Phys. Rev. A 77 012112

    [17]

    Hutchison C L, Gambetta J M, Blais A, Wilhelm, F K 2009 Can. J. Phys. 87 225

    [18]

    Jaynes E T, Cummings F W 1963 Proc. IEEE 51 89

    [19]

    Tavis M, Cummings F W 1968 Phys. Rev. 170 379

    [20]

    Wiseman H M, Milburn G J 2010 Quantum Measurement and Control, Cambridge University Press, Cambridge, England

    [21]

    Lalumiere K, Gambetta J M, Blais A 2010 Phys. Rev. A 81 040301(R)

    [22]

    Ruskov R, Korotkov A N 2002 Phys. Rev. B 66 041401(R)

    [23]

    Jin J S, Li X Q, Yan Y J 2006 Phys. Rev. B 73 23330

  • [1]

    Blais A, Huang R S, Wallraff A, Girvin S M, Schoelkopf R J 2004 Phys. Rev. A 69 062320

    [2]

    Wallraff A, Schuster D I, Blais A, Frunzio L, Huang R S, Majer J, Kumar S, Girvin S M, Schoelkopf R J 2004 Nature (London) 431 162

    [3]

    Haroche S, Kleppner D 1989 Phys. Today 24

    [4]

    Schuster D I, Houck A A, Schreier J A, Wallraff A, Gambetta J M, Blais A, Frunzio L, Majer J, Johnson B, Devoret M H, Girvin S M, Schoelkopf R J 2007 Nature 445 515

    [5]

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    [6]

    Hofheinz M, Weig E M, Ansmann M, Bialczak R C, Lucero E, Neeley M, O'Connell A D, Wang H, Martinis J M, Cleland A N 2008 Nature 454 310

    [7]

    Leek P J, Fink J M, Blais A, Bianchetti R, Gppl M, Gambetta J M, Schuster D I, Frunzio L, Schoelkopf R J, Wallraff A 2007 Science 318 1889

    [8]

    Astafiev O, Inomata K, Niskanen A O, Yamamoto T, Pashkin Y A, Nakamura Y, Tsai J S 2007 Nature 449 588

    [9]

    Schuster D I, Wallraff A, Blais A, Frunzio L, Huang R S, Majer J, Girvin S M, Schoelkopf R J 2005 Phys. Rev. Lett. 94 123602

    [10]

    Gambetta J, Blais A, Schuster D I, Wallraff A, Frunzio L, Majer J, Devoret M H, Girvin S M, Schoelkopf R J 2006 Phys. Rev. A 74 042318

    [11]

    Majer J, Chow J M, Gambetta J M, Koch J, Johnson B R, Schreier J A, Frunzio L, Schuster D I, Houck A A, Wallraff A, Blais A, Devoret M H, Girvin S M, Schoelkopf R J 2007 Nature 449 443

    [12]

    Sarovar M, Goan H S, Spiller T P, Milburn G J 2005 Phys. Rev. A 72 062327

    [13]

    Liu Z, Kuang L, Hu K, Xu L, Wei S, Guo L, Li X Q 2010 Phys. Rev. A 82 032335

    [14]

    Feng W, Wang P, Ding X, Xu L, Li X Q 2011 Phys. Rev. A 83 042313

    [15]

    Wiseman H M, Milburn G J 1993 Phys. Rev. A 47 642

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    Gambetta J M, Blais A, Boissonneault M, Houck A A, Schuster D I, Girvin S M 2008 Phys. Rev. A 77 012112

    [17]

    Hutchison C L, Gambetta J M, Blais A, Wilhelm, F K 2009 Can. J. Phys. 87 225

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    Jaynes E T, Cummings F W 1963 Proc. IEEE 51 89

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    [20]

    Wiseman H M, Milburn G J 2010 Quantum Measurement and Control, Cambridge University Press, Cambridge, England

    [21]

    Lalumiere K, Gambetta J M, Blais A 2010 Phys. Rev. A 81 040301(R)

    [22]

    Ruskov R, Korotkov A N 2002 Phys. Rev. B 66 041401(R)

    [23]

    Jin J S, Li X Q, Yan Y J 2006 Phys. Rev. B 73 23330

  • [1] 孟建宇, 王培月, 冯伟, 杨国建, 李新奇. 关于电路量子电动力学系统中光子自由度的消除方案. 物理学报, 2012, 61(18): 180302. doi: 10.7498/aps.61.180302
    [2] 林仁明, 张林. 受驱动光学系统多光子量子统计理论(Ⅲ)——绝热消除方法的改进. 物理学报, 1989, 38(4): 548-558. doi: 10.7498/aps.38.548
    [3] 向少华, 宋克慧. 用腔场QED技术实现量子信息转移. 物理学报, 2005, 54(3): 1190-1193. doi: 10.7498/aps.54.1190
    [4] 陈菊芳, 程 丽, 刘 颖, 彭建华. 延迟变量反馈法控制离散混沌系统的电路实验. 物理学报, 2003, 52(1): 18-24. doi: 10.7498/aps.52.18
    [5] 卢伟国, 周雒维, 罗全明, 杜 雄. BOOST变换器延迟反馈混沌控制及其优化. 物理学报, 2007, 56(11): 6275-6281. doi: 10.7498/aps.56.6275
    [6] 赵翠兰, 丛银川. 球壳量子点中极化子和量子比特的声子效应. 物理学报, 2012, 61(18): 186301. doi: 10.7498/aps.61.186301
    [7] 赵凤岐, 周炳卿. 外电场作用下纤锌矿氮化物抛物量子阱中极化子能级. 物理学报, 2007, 56(8): 4856-4863. doi: 10.7498/aps.56.4856
    [8] 额尔敦朝鲁, 于若蒙. 非对称量子点中磁极化子性质的磁场和温度依赖性. 物理学报, 2008, 57(11): 7100-7107. doi: 10.7498/aps.57.7100
    [9] 赵翠兰, 高宽云. 声子和磁场对量子环中极化子性质的影响. 物理学报, 2010, 59(7): 4857-4862. doi: 10.7498/aps.59.4857
    [10] 任学藻, 贺树, 丛红璐, 王旭文. 两格点两电子Hubbard-Holstein模型极化子的量子纠缠特性. 物理学报, 2012, 61(12): 124207. doi: 10.7498/aps.61.124207
    [11] 王启文, 红兰. 二维量子点中极化子的自旋弛豫. 物理学报, 2012, 61(1): 017107. doi: 10.7498/aps.61.017107
    [12] 黄卓和, 陈芝得, 张树群, 陈传誉. 稳恒电、磁场中量子阱内极化子的基态能量. 物理学报, 1994, 43(1): 91-98. doi: 10.7498/aps.43.91
    [13] 刘炳灿, 李华, 严亮星, 孙慧, 田强. GaAs薄膜的有效量子限制长度及其极化子特性. 物理学报, 2013, 62(19): 197302. doi: 10.7498/aps.62.197302
    [14] 额尔敦朝鲁, 白旭芳, 韩超. 抛物量子点中强耦合磁双极化子内部激发态性质. 物理学报, 2014, 63(2): 027501. doi: 10.7498/aps.63.027501
    [15] 赵国忠, 潘少华, 杨国桢. 对称量子阱中极化子的有效质量和自陷能. 物理学报, 1995, 44(8): 1335-1343. doi: 10.7498/aps.44.1335
    [16] 赵翠兰, 王丽丽, 赵丽丽. 有限深抛物势量子盘中极化子的激发态性质. 物理学报, 2015, 64(18): 186301. doi: 10.7498/aps.64.186301
    [17] 马本堃, 刘翠红, 陈传誉. 极化子效应对量子盘中线性和非线性光吸收系数的影响. 物理学报, 2002, 51(9): 2022-2028. doi: 10.7498/aps.51.2022
    [18] 马伟, 王明渝, 聂海龙. 单周期控制Boost变换器Hopf分岔控制及电路实现. 物理学报, 2011, 60(10): 100202. doi: 10.7498/aps.60.100202
    [19] 赵晗, 周小清, 杨小琳. 基于腔QED的多用户间的多原子量子信道的建立. 物理学报, 2009, 58(9): 5970-5977. doi: 10.7498/aps.58.5970
    [20] 王发强, 刘崇新. Liu混沌系统的线性反馈同步控制及电路实验的研究. 物理学报, 2006, 55(10): 5055-5060. doi: 10.7498/aps.55.5055
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  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-04-17
  • 修回日期:  2012-07-08
  • 刊出日期:  2012-12-05

关于多比特电路量子动力学系统中光子自由度的消除方案研究

  • 1. 北京师范大学物理系, 北京 100875
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 101202101, 10874176) 和国家科技部973项目(批准号: 2011CB808502, 2012CB932704)资助的课题.

摘要: 基于超导传输线和超导量子比特相互耦合的电路量子电动力学 (quantum electrodynamics, QED)系统, 是研究固态量子信息和量子测量与控制的理想实验平台. 本文在已有工作(单比特电路QED)基础上, 进一步研究多比特电路QED系统. 具体通过对两比特系统的量子测量和量子控制动力学的模拟, 检验了"绝热消除"和"极化子变换"两种消除微腔光子自由度方法的适用条件. 和单比特情况不同, 我们特别检验了两比特系统Bell纠缠态的"确定性"制备问题. 在量子路径水平上模拟发现, 由于反馈操作引起量子比特状态翻转, 使得极化子变换方法失效,它所导出的"有效测量算符" (其中含有非平庸的"宇称项")此时也将变得没有意义.

English Abstract

参考文献 (23)

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