超导磁通量子比特及其和超导谐振器耦合系统的实验研究

We plan to carry out quantum measurments on superconducting circuits that consist of superconducting flux qubit devices and the coupled system with superconducting resonators. We prepar samples of high quality by the optimaization and improvement of the fabrication process. We plan to setup a measurment system for circuit QED study. On the base of these work, we plan to quantum dephasing, quantum optics and atomic physics based on superconducting artifact atoms, and quantum feedback control of superconducting qubit. We shall collaborate closely with theorists and aim at new results in these areas.

通过在器件制备工艺和材料方面进行不断优化和改进获得高性能超导量子比特器件；完善和建立新的超导量子比特测量系统，特别是建立超导量子比特和超导谐振腔耦合系统的测量线路和装置；在此基础上，研究提高器件的退相干时间、实现非破坏读出的方法,开展基于超导器件的量子光学和原子物理（即电路量子电动力学）实验,探索用反馈扩展超导量子比特相干状态的方法；在退相干机理认识、器件的退相干时间提高方面有所创新；形成运行良好的电路量子电动力学测量实验系统，和理论科学家密切合作，在超导电路中新的量子光学和原子物理问题研究中取得突破。

超导量子比特是实现可扩展实用化量子计算的优选方案之一，受到广泛关注。本项目主要围绕超导量子比特器件的设计、制备和量子特性以及相关的量子实验展开。器件包括磁通型和Xmon型两类超导量子比特器件以及这些器件与超导共面波导谐振腔组成的超导量子线路系统。虽然这两类器件各有优缺点，但是在研究过程中，注意到Xmon型器件所具有的长退相干时间、易于实现多比特的量子非破坏测量等特点，后期的研究主要集中在Xmon型器件上。完成了比特数达到10的多种超导量子芯片器件，其中量子比特的关键参数之一的退相干时间可以达到30微秒。这些器件已经用于多项量子实验，包括演示HHL量子算法和实现10比特全纠缠的GHZ态等。