抗消相干超導(dǎo)量子計(jì)算研究.pdf

1、量子計(jì)算的核心是用可控的量子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字計(jì)算、信息處理和量子模擬。量子計(jì)算利用了量子態(tài)的相干疊加性和糾纏特性，其計(jì)算速度相對經(jīng)典計(jì)算機(jī)能夠成指數(shù)倍地提高，所以它能解決一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)所難以解決的問題。但是量子相干疊加態(tài)因?yàn)榄h(huán)境的影響很容易塌縮為經(jīng)典態(tài)，這就是消相干。消相干是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的最主要障礙。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴提出了用超導(dǎo)電荷量子位在?σx型合作噪聲作用下的無消相干子空間中實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算的方案。在我們的方案中，編碼

2、一個邏輯量子位的兩個超導(dǎo)電荷量子位由可變電容耦合，各個邏輯量子位由一個公共電感耦合。一個邏輯量子位的Hilbert空間就是一個?σx型合作噪聲作用下的無消相干子空間。我們進(jìn)一步展示了在這個無消相干子空間中單個邏輯量子位任意轉(zhuǎn)動門和兩個邏輯量子位之間的控制相位門操作。最后，我們還展示了邏輯量子位的初態(tài)制備。我們的方案具有下面的優(yōu)點(diǎn)：首先可以選擇性地并可控地耦合任意兩個邏輯量子位，因而具有可擴(kuò)展性；其次在執(zhí)行量子門的過程中，始終保持電荷量子

3、位偏置在電荷簡并點(diǎn)，確保了忽略?σz型噪聲的合理性。
　　⑵提出了用超導(dǎo)transmon（a transmission-line shunted plasma oscillation qubit）量子位在合作能量弛豫（local collective relaxation）無消相干子空間中實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算的方案。對于transmon量子位，其消相時間已經(jīng)達(dá)到了主要受能量弛豫時間限制的極限，而在兩個transmon量子位的Hilbe

4、rt空間中存在一個對合作能量弛豫無消相干的二維子空間。我們利用這個子空間編碼邏輯量子位，并給出了在無消相干子空間執(zhí)行通用量子計(jì)算的理論方案。方案中，transmon量子位被放在一維超導(dǎo)傳輸線腔中，量子位之間的耦合、量子位與腔的耦合都可以通過transmon超導(dǎo)環(huán)中的磁通控制。在經(jīng)典驅(qū)動場的幫助下，實(shí)現(xiàn)了兩個非對易的單邏輯量子位的轉(zhuǎn)動門和兩個邏輯量子位之間的控制相位門。由于transmon工作在大失諧區(qū)域，這也大大地降低了由Purcell

5、效應(yīng)所造成的能量弛豫。
　?、翘岢隽艘粋€利用XY型交換相互作用在磁通量子位中制備簇態(tài)的理論方案。在此方案中，兩個鄰近的磁通量子位用一個直流超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）耦合。當(dāng)兩個被耦合磁通量子位具有相同的共振頻率時，它們之間具有XY型相互作用，并且相互作用可以通過調(diào)節(jié)SQUID上的偏置電流控制。當(dāng)兩量子位大失諧時，XY型相互作用可通過加在SQUID偏置電流上微波脈沖的頻率來控制。一個空間維度為d（d=1,2,3）的簇態(tài)的制備需要2

6、d步完成。我們方案的具有下面的優(yōu)點(diǎn)：在方案執(zhí)行過程中，所有的磁通量子位總是被偏置在它們各自的“理想點(diǎn)”，因此具有較長的相干時間；現(xiàn)存的技術(shù)允許快速地調(diào)節(jié)偏置電流的大小，也允許輕易地控制微波脈沖的頻率，因此方案具有實(shí)驗(yàn)可行性。
　?、忍岢隽艘粋€基于量子糾錯碼的量子秘密分享方案。在該方案中，我們展示了怎樣用[2k?1,1，k]量子糾錯碼執(zhí)行量子(k,2k?1)閾值方案，即秘密量子態(tài)被分發(fā)給2k?1個用戶，只有不少于k個用戶聯(lián)合起來才能