超导量子比特系统的特殊光学性质与其对量子信息的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11404415
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2205.光量子物理和量子光学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Superconducting qubits are the fundamental elements in superconducting circuits to realize quantum storage and computation. Under the framework of circuit quantum electrodynamics, they are regarded as quasi two-level atomic systems. However, superconducting qubits are not exactly equivalent to two-level atoms, since they possess the special properties such as tunable energy spacings in a single-qubit system and controllable geometric spacings between qubits in a multi-qubit system. This project aims to develop special optical theories to cater to such properties peculiar to superconducting qubit systems and to clarify the effects endued when applying these optical properties to quantum information. The research contents cover three general aspects: .(1) study the relations between high-order susceptibilities and the systems parameters such as level spacings, relaxation times, and decoherence rates for a single superconducting qubit; compute the response of the qubit to its interaction with multi-photon processes; and develop the nonlinear optics based on circuit quantum electrodynamics..(2) study the cooperative effects in multi-qubit systems, deduce the relationship between the exciton-polariton collective excitations and the inter-qubit spacings, and develop the mesoscopic quantum optics for superconducting circuits..(3) based on the two aspects above, study the peculiar entanglement properties of the quantum states that exist in superconducting qubit systems..The ultimate goal of the project is to propose versatile designs for quantum information processing devices, through the understanding of these optical and entanglement properties.
超导量子比特是在超导电路上实现量子存贮和计算的基础元件。在电路量子电动力学的框架下,它多被作为一个类二能级原子系统来考虑。不过,超导量子比特不完全等价于二能级原子,它拥有单个量子比特能隙可调,多个量子特比间间距可控等特殊物理性质。本课题旨在发展出一套适用于超导量子比特系统的特殊光学理论,并阐明这类光学性质对量子信息的应用所产生的影响。课题的主要内容有三大方面:(1)研究单个超导量子比特的高阶磁化率与能隙、弛豫时间、退相干率等系统参数的关系,计算它对多光子相互作用的响应,发展基于电路量子电动力学的非线性光学理论。(2)研究多量子比特系统的合作现象,计算系统内激子极化子等与间距的关系,发展超导电路上的介观量子光学理论。(3)以前两方面为依据,研究超导量子比特系统上量子态的特殊纠缠性质。本课题的目标在于通过对这些特殊光学和纠缠性质的认识,提出多样化量子信息处理器件的设计方案。

结项摘要

超导量子比特是在超导电路上实现量子存贮和计算的基础元件。在多数研究框架下,它被看待成一个二能级原子,不过超导量子比特不完全等价于二能级原子,它拥有能隙可调,间距可控等特殊物理性质。本课题研究了基于这些特殊性的量子光学理论,并阐明了这类光学性质对量子信息的应用产生的影响。其中突出的重要结果有以下三个。.(1)构建了量子比特准晶格概念,发展了准晶格内量子比特纠缠并发度的计算方法。成果发表在《欧洲物理快报》上。.(2)证明了两超导量子比特可以通过相互与一单玻色模的耦合,将量子纠缠在时态演化上从一方传到另一方。成果发表在《物理评论》上。.(3)实验上证明了超导量子比特的能级被驱动场劈裂后,其辐射与再吸收的过程可以产生无粒子数翻转情况下的信号放大。成果发表在《物理评论快报》上。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(1)
Duality of two pairs of double-walled nanotubes consisting of S=1 and S=3/2 spins probed by means of a quantum simulation approach
通过量子模拟方法探测由 S=1 和 S=3/2 自旋组成的两对双壁纳米管的对偶性
  • DOI:
    10.1016/j.physe.2016.07.030
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Physica E
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Z.-S. Liu;H. Ian
  • 通讯作者:
    H. Ian
Dynamic entanglement transfer in a double-cavity optomechanical system
双腔光机械系统中的动态纠缠传递
  • DOI:
    10.1103/physreva.92.022301
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Physical Review A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Huan Tiantian;Zhou Rigui;Ian Hou
  • 通讯作者:
    Ian Hou
Perturbative dissipation dynamics of a weakly driven cavity QED system: generalized microscopic master equation
弱驱动腔 QED 系统的微扰耗散动力学:广义微观主方程
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Quantum Information Processing
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    S. M. Yu;Y. B. Gao;H. Ian
  • 通讯作者:
    H. Ian
Quasi-lattices of qubits for generating inequivalent multipartite entanglements
用于生成不等价多部分纠缠的量子位准晶格
  • DOI:
    10.1209/0295-5075/114/50005
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Europhysics Letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ian Hou
  • 通讯作者:
    Ian Hou
Effects of external magnetic field and magnetic anisotropy on chiral spin structures of square nanodisks investigated with a quantum simulation approach
用量子模拟方法研究外部磁场和磁各向异性对方形纳米盘手性自旋结构的影响
  • DOI:
    10.1016/j.spmi.2016.02.028
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Superlattices and Microstructures
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Liu Zhaosen;Ian Hou
  • 通讯作者:
    Ian Hou

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其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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