超导电路中的非线性量子反馈控制网络及应用研究

量子反馈控制网络是近几年量子控制领域中的一个新兴研究方向，在光学系统，已得到重要的应用。与基于光学方案的线性量子反馈控制网络不同，本课题旨在基于固态超导电路设计量子反馈控制网络，利用固态量子相干器件产生光学器件无法得到的强非线性效应，因而形成非线性量子反馈控制网络的设计方法和理论。主要研究内容包括：（1）基于量子弱测量的非线性量子反馈控制网络及非线性量子信号放大研究；（2）基于量子相干反馈的全量子非线性反馈控制网络研究；（3）非线性量子反馈控制网络在"芯片上的光学"，"固态器件上的量子仿真"，及"超导纳米机电系统"等方面的应用；（4）非线性量子反馈控制网络在超导线路中的实验方案设计。本课题的研究目标在于探讨非线性在量子反馈控制网络中的产生方法及其调控，并结合超导量子电路探索可能的实验方案设计与演示。

本课题针对芯片上的固态量子相干器件设计量子反馈控制网络展开研究，利用固态量子相干器件产生光学器件无法得到的强非线性效应，因而形成非线性量子反馈控制网络的设计方法和理论，并实验验证。具体取得的成果包括：（1）研究了非线性量子测量反馈控制网络建模及其在非线性量子信号放大方面的应用，研究表明通过引入反馈引起的非线性放大，可打破系统的时空反演对称性，从而将测量精度提高两个量级；（2）探讨了全量子非线性反馈控制网络，特别是非马尔科夫量子反馈网络的建模问题，并将其用于声子激光，声子二极管，微陀螺仪等问题的研究中；（3）研究了全量子非线性网络在量子扩频和量子通信方面的应用，提出了量子码分多址网络的方案；（4）结合超导量子相干器件和硅芯片上微型环形腔系统，针对混沌信号传输，超低阈值声子激光等问题设计了实验可行的方案，并予以了实验验证。