超导量子比特系统若干特殊量子态的制备、探测和相干性保护

由于具备相对良好的量子相干性和可集成性，基于超导Josephson结的超导微电路是目前最受重视的固态量子信息处理系统,也是研究量子测量和量子控制的理想实验平台。本项目将研究两个可实现量子非破坏测量的重要系统：（1）超导量子比特与超导传输线耦合的电路量子电动力学（简称cQED）系统；（2）超导磁通量子比特的Josephson结分叉放大器测量系统。我们将深入研究真实实验条件下这两个系统的量子测量特性和量子反馈控制，包括：测量动力学，量子效率，信噪比；微波相移的homodyne测量及其改进；后继放大器中的噪声对如何建立测量结果与被测量子比特状态之间的联系的影响；多量子比特状态的联合测量（宇称测量）；单量子比特状态在连续弱测量下的条件演化，以及实施关于相干性保护的量子反馈控制；两个量子比特Bell态的制备与稳定；三个量子比特GHZ态的制备与稳定；连续弱测量和实时反馈控制下随机微分方程演化。

本项目主要研究了两个可实现量子非破坏测量的重要系统：（1）超导量子比特与超导传输线耦合的电路量子电动力学（简称cQED）系统；（2）超导磁通量子比特的Josephson 结分叉放大器测量系统。在cQED系统中，研究了两个量子比特的Bell纠缠态的制备和稳定。和已有工作相比，我们获得了高纠缠Bell态的制备和稳定。在同等环境噪声下，纠缠度(concurrence)可以达到0.9,远高于已有的同类结果0.3 。在2比特基础上，进一步研究了3比特GHZ态的确定性制备和量子控制。我们较好地设计了一个高效率的算法，可以确定性地制备GHZ态，以及提出了“交替翻转的Zeno稳定方案”，可以对GHZ态实现有效的相干性保护。关于Josephson隧道结的动力分叉放大器研究，发现分叉点附近的量子动力学跃迁在介观区存在新的标度指数 。另外，我们还开展了其它单量子态探测方面的研究，包括量子点输运全计数统计的大偏离分析，量子测量中丢失量子信息的重新获取，以及在测量监测下电子通过连续谱的转移。