超导纳米机械振子谐振与耗散特性的研究

量子信息系统具有超越经典计算机的强大计算能力，而超导量子信息系统由于其易规模化的优势受到广泛的关注和研究。纳米机械振子作为一种可能的量子相干器件，可结合量子信息系统，实现量子位的读出和多量子位间的受控耦合，为量子信息系统的实现增加了一条途径；同时机械系统量子特性的研究也是近年来凝聚态物理学的研究热点。本项目将制备新型的超导纳米机械振子，实现机械振动与信号处理一体的"二合一"器件，降低工艺复杂度，简单可靠的与纳米电子器件，尤其是超导量子位或共面波导谐振器结合；完善探测方法，深入研究超导纳米机械振子的谐振特性，为将超导纳米机械振子用于超导信息处理系统打下基础。通过比较在有无外加磁场环境下测得的基本的谐振特性得到有关超导与耗散的关系。力争利用此器件观测到纳米机械振子系统的量子特性。

量子信息处理系统在解决某些问题上具有远优于经典计算机的能力，尤其是针对诸如大数质因子分解等NP问题。自从上世纪末期核磁共振量子计算系统、离子阱量子计算系统、超导量子比特等体系的出现，实用化的量子计算机呈现在人们的研究目标中。随着人们对各个量子体系的深入研究，如何结合各个量子体系的优势构成实用的量子信息处理体系成为人们的研究热点，其中包括超导量子器件、量子点体系、光学量子处理系统、NV色心自旋系统以及纳米机电系统。我们一直以来的研究目标，以及本项目的目的正是在这一背景下开展的：实现新型纳米机电系统，优化其结构设计和调控手段，与超导量子比特等体系高效耦合构成杂化量子系统。. 通过三年的研究工作，我们按照计划的研究方案实现了设定的研究目标。我们在原有工作的基础上，改进了超导纳米机电器件的结构设计，完善了测试手段，全面观测了超导纳米机械振子的谐振特性；分别在有无外场的情况下研究了超导纳米机电器件的品质，发现超导状态下的机械振子具有更高的品质因子；改进完善了测试系统，达到了量子极限的观测能力，实验上完成了对超导量子比特的调控，为下一步实现机械系统量子态的观测打下了基础，也可期望实现结合超导量子比特、纳米机电器件、NV色心等体系优势的杂化量子体系；理论上研究了以超导量子比特为核心的杂化量子体系的实现方案，为进一步工作指出了方向。