耦合含噪声探测设备的磁通量子比特的量子非破坏测量

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1、QNDmeasurementofafluxqubitcoupledtoanoisydetectorbyWeiJiangDirectedbyProfessorYangYuDepartmentofPhysicsNanjingUniversityMay2011Submittedinpartialfulfilmentoftherequirements{orthedegreeofMasterinCondenseMatterP呐Sics毕业论文题目：耦合含噪声探测设备的磁通量子比特的量子非破坏测量凝聚态物理专业2008

2、级硕士生姓名：姜伟指导教师(姓名、职称)：于扬教授摘要本论文报告了我对超导约瑟夫森结量子器件中宏观量子现象的研究。主要包括以下内容：在第一章中，我首先介绍了约瑟夫森结物理的相关知识。然用介绍了超导约瑟夫森结构造量子比特的几种方法，即相位量子比特、磁通量子比特、电荷量子比特，以及他们的耦合方式和测量方法。并且对最近几年相关的实验进行了回顾和展望。最后，介于国际上对于cQED的迅速发展，我又对cQED做了简要介绍。并且从共面波导的电路给出经典和量子哈密顿量。第二章中，研究了在含噪声探测设备情况下的磁通量子比特的

3、量子非破坏测量。首先给出了量子非破坏测量的简介和形成条件。其次讨论了噪声对测量率的影响，结果表明噪声对测量时间具有直接影响。它使得获得量子比特的信息时间增长，这个结果可以用量子极限理论来阐述。并且根据测量导致退相位现象和测量概率分布的一致性，我们也可以得到量子极限的类似结果：对量子系统的一个变量进行测量，则与之共轭的另一个变量会受到破坏。最后，我们分析了非理想量子非破坏测量的情况。由于外部噪声与量子比特的非对角项耦合，量子比特的两个态会发生跃迁，这样量子态的初始信息就会受到破坏。第三章中，我给出了共面波导谐

4、振腔的设计方案。首先介绍了共面波导在实验中的应用以及发展前景。然后给出了共面波导的微波理论，根据共面波导的介电性质，推导出各种参数具体的定量关系。结果表明，中央条纹的宽度和间距大小对共面波导的行为有至关重要的影响。另一个重要的参数，共振频率，是由中央条纹的长度决定的。而中央条纹的大小对于不同的实验需要要进行不同的设定。本章最后给出了测量需要的各种条件，I：I',女HPCB板的设计以及接头的连接方式等。关键词：超导量子比特；宏观量子现象；磁通量子比特；量子非破坏测量；量子噪声；共面波导；平面传输线THESIS

5、：QNDmeasurementofafluxqubitcoupledtoanoisydetectorSPECIALIZATION：CondenseMatterPhysicsPOSTGRADUATE：WeiJiangMENTOR：ProfessorYangYuAbstractThisthesisisarecordofmyresearchonmacroscopicquantumphenomenoninsuperconductingJosephsonquantumdevices，includingthefollo

6、wingcontexts：InChapter1，somerelativebackgroundknowledgeisintroduced．Then，Igiveaintroductiontoseveralkindsofmeansforqubitconstructionassembledbysuper-conductingJosephsoncircuit：Phasequbit，FluxqubitandChargequbit．Also，theircouplingtypes，measurementandashortr

7、eviewaboutrecentexperimentsarealsoin—troduced．Atlast，accordingtotherapiddevelopmentofcircuitQED(cQED)，IgiveabriefintroductiontocQEDandderivethequantumHamiltonianofcircuitfromclassi-calcoplanarwaveguid(CPW)circuit．InChapter2，Ipresentthequantumnondemolition(

8、QND)measurementofafluxqubitcoupledtoanoisydetector．Firstly,IintroducetheconceptandtheprerequisiteforaperfectQNDmeasurement．Secondly，Idiscussthenoiseeffectthatimpactonmeasurementrateandmeasurementtime，theresul