PDF《二项式光场与负二项式光场对 超导量子比特读出电流的影响》

第37 卷第3期江西师范大学学报( 自然科学版) Vol.

37 No.

3 2013 年5月Journal of Jiangxi Normal University( Natural Science) May

2013 收稿日期: 2013- 03-

19 基金项目: 国家自然科学基金( 11164009) 资助项目. 作者简介: 万向东( 1959- ) , 男, 江西临川人, 高级实验师, 主要从事信息技术的研究. 文章编号:1000- 5862( 2013) 03- 0257-

06 二项式光场与负二项式光场对 超导量子比特读出电流的影响 万向东

1 , 嵇英华

2 ( 1. 江西师范大学现代教育技术应用中心, 江西 南昌 330022;

2. 江西师范大学物理与通信电子学院, 江西 南昌 330022) 摘要: 研究了二项式态光场和负二项式态光场与耦合超导量子比特相互作用下的超导电流的时间演化规 律. 研究结果显示: 在确定的二项式态或负二项式态光场中, 耦合超导量子比特的初始量子态对穿过自身的 超导电流的动力学行为几乎没有影响;

但光场的量子态, 尤其是光场参数对超导电流的动力学行为具有调 控作用. 因此, 通过测量超导量子比特的输出电流, 能够探测量子光场的统计性质. 关键词: 电路腔量子电动力学;

二项式态;

超导量子比特;

超电流 中图分类号: O 431.

2 文献标志码: A

0 引言 随着量子信息科学的发展, 人们一直试图寻找一 些合适的物理系统来实现量子计算和量子信息处理. 以约瑟夫森结为核心的固体超导器件由于其体积小、 具备良好的可控性、 便于集成和规模化, 是最具有应 用潜力的物理系统. 为了进一步揭示这种人造原子所 展示的新奇量子现象, 并把它们应用于量子计算的物 理实现研究, 人们探索了超导量子比特与微波电磁 场、 超导传输线以及纳米共振腔实现强耦合的可能 性. 一旦能够实现各种玻色子模式与超导量子比特的 强耦合, 人们便实现了一种崭新的甚至是全固态的腔 量子电动力学结构, 这不仅可以在更广泛的范围内探 索物理学的基本原理, 而且为新技术的发展奠定了基 础. 目前, 基于固体系统的腔 QED 主要有

2 条技术路 线: 半导体腔 QED 和电路腔 QED[ 1-

5 ] . 在电路腔 QED 中: 基于约瑟夫森结的超导电路 相当于人工原子( 超导量子比特) , 兼具耦合作用的微 波电磁场、 超导传输线或纳米共振腔( 如一个大约瑟 夫森结) 等效于一个量子化光场. 近年来, 国内外许多 学者对由不同的超导比特构成的混合体系进行了研 究. 文献[ 6] 在实验上制备了一种很强的、 可操控的超 导电荷比特和位相比特的耦合系统, 在远离共振区, 可以实现对电荷比特和位相比特的各自独立的操控;

在共振区, 可以实现电荷比特和位相比特的最大纠缠 态. 文献[ 7] 利用一个大的约瑟夫森结耦合

2 个超导 电荷量子比特, 通过对外加的量子场实施调幅或调频 控制, 实现了单、 双量子比特的可控操纵. 显然, 量子 场的性质对电路腔的纠缠动力学行为具有关键的影 响, 量子场对人工原子动力学行为的影响仍然是目前 国际上需要深入研究的热点问题 [

8 ] .

1985 年, A. V. Stole 等[9]从理论上引入二项式态 光场;

随后, R. L. Joshi 等[10 ] 引入负二项式态. 二项式 态是介于 Fock 态和相干态之间的一种中间态, 因而 具有良好的量子特性. 自从二项式态与负二项式态提 出后, 二项式态光场以及负二项式光场的性质及其与 原子相互作用的非经典效应得到了广泛的研究, 尤其 是二项式态和负二项式态的产生机制的相继提 出[11-