电路QED系统中基于微波光场比特的量子信息处理

The circuit QED system consisting of superconducting microwave cavities and supconducting qubits has been considered as one of the most promising candidates for implementing quantum computing and quantum communication. In such a system, microwave fields have long decoherence time and thus are good qubits for encoding quantum information. This project focuses on quantum information processing with microwave field qubits based on circuit QED. Particularly, we will study dynamics of multiple coherent-state-encoding or cat-state-encoding continuous–variable microwave field qubits coupling to a superconducting qubit, and then propose schemes for preparation of quantum entangled states, transfer of quantum states, construction of quantum logic gates, and realization of quantum algorithms with these continuous –variable microwave field qubits. In this project, we will also study how to implement quantum state transfer, quantum algorithms, and quantum error corrections with multiple single-photon-state-encoding discrete-variable microwave field qubits, by means of the qubits interacting with a superconducting qubit. The results are expected to have applications in large-scale solid state quantum information processing.

由超导微波腔和超导比特组成的电路QED系统被认为是实现量子计算和量子通讯最有前景的物理系统之一，其中的微波光场具有长的相干时间，适合作为编码信息的量子比特。本项目拟在电路QED系统中研究基于微波光场比特的量子信息处理。项目重点研究多个编码于相干态或猫态的连续变量微波光场比特和一个超导比特的耦合动力学，并在此基础上提出这些连续变量微波光场比特的纠缠态制备、量子态传输、量子逻辑门构造以及量子算法实现的方案。项目还将研究如何借助一个耦合超导比特的诱导作用，实现多个编码于单光子态的分离变量微波光场比特的态传输、量子算法和量子纠错。本项目的研究结果可望应用于大规模固态量子信息处理。

由超导微波腔和超导比特组成的电路QED系统被认为是实现量子计算和量子通讯最有前景的物理系统之一，其中的微波光场具有长的相干时间，适合作为编码信息的量子比特。本项目开展了在电路QED系统中基于微波光场比特的量子信息处理的研究。项目重点研究了多个编码于相干态或猫态的连续变量微波光场比特和一个超导比特的耦合动力学，并在此基础上提出了这些连续变量微波光场比特的纠缠态制备、量子态传输和量子逻辑门构造等有效简单方案。项目研究了耦合超导比特的诱导作用，提出了实现多个编码于单光子态的分离变量微波光场比特的量子逻辑门、态传输和量子算法等有效简单方案。另外，项目也研究并提出了由连续变量微波光场比特和分离变量微波光场比特构成的多个杂化微波光场比特的量子纠缠态制备、量子逻辑门实现和量子态传输等可行方案。本项目的研究结果可望应用于大规模固态量子信息处理。