基于新型耦合机制的超导传输线腔阵列量子模拟

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11374117
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    76.0万
  • 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:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The superconducting transmissionline resonator (TLR) array has been regarded as one of the most promising candidates for quantum simulation of strong correlation physics. Currently most of the reported experimental and theoretical results relied on the capacitance inter-TLR coupling mechanism which provides untunable-and-real inter-TLR photon hopping rates. Such untunability is a major obstacle to implementing efficient quantum simulation in the TLR array system. In this project, we propose to use the superconducting quantum interference device (SQUID) as inter-TLR coupler to build the TLR array quantum simulators. Compared with the conventional capacitance coupling, this novel SQUID coupling can offer unprecedented flexibility in designing the inter-TLR photon tunneling. This advantage can be exploited to simplify many already-proposed schemes and simulate a variety of many-body models which are intractable in the situation of untunable inter-TLR photon hopping. We first consummate the SQUID coupling mechanism by developing methods for realizing complex tunable photon hopping rates between two TLRs with similar eigenfrequencies, and then apply the consummated SQUID coupling mechanism to construct the TLR array quantum simulators for frustrated spin systems and Abelian artificial gauge. Our research will offer new ways to study these many-body phenomena and provide theoretical support for the related experimental realizations in the future.
超导传输线腔阵列被认为是最有希望对若干强关联多体物理模型实现有效量子模拟的物理体系之一。当前最常被使用的电容耦合机制只能诱导出强度固定且为实数的紧束缚型腔间光子跳跃,这种不可调性大大制约了超导传输线腔阵列在量子模拟中的潜力。我们在本项目中提出使用超导量子干涉仪(SQUID)来连接超导传输线腔阵列以实现量子模拟。相较于传统的电容耦合方法,我们使用的新型SQUID耦合机制可以给出可调性更为强大的腔间光子跳跃,这一优势可以被用来简化已有的理论方案乃至模拟固有耦合机制下难以达成的一些模型。我们将先完善这种新型耦合机制,讨论如何在本征频率相近的超导传输线腔间实现复数光子跳跃因子,再分别发扬这种新型耦合机制的强度可调性和相位可调性,探讨在超导传输线腔阵列中模拟自旋阻挫现象和实现人工阿贝尔规范势。我们的研究将为探索自旋阻挫和人工规范势现象提供新的方法与思路,为未来的相关实验进行提供理论基础。

结项摘要

本项目以超导量子电路体系作为研究平台,探究量子计算,量子模拟,和量子信息等方向的新奇物理现象。我们完成了本项目的既定目标。我们从理论上探讨了超导传输线腔之间基于参量转换的电感可控耦合机制,并讨论如何用这种机制模拟多种凝聚态物理中广受人关注的物理模型,并探究了这些模型结构的拓扑性质。我们的这种参量方法在电路设计和操控方面优于已有的方案,在当前的技术条件下有很好的可行性,这为在超导量子电路中研究拓扑能带理论提出了一条新的路径。此外,我们利用超导量子电路的可调谐性和可扩展性,构造了合理的脉冲,在理论上优化了非绝热和乐量子计算。我们基于诸多类型超导量子电路的理论方案都是实验上可以实现并且高效的,可以有效规避局域的扰动和电路控制噪声,进而大大提高了量子超导电路运转和控制的稳定性,由于我们方案的简单可行且具有可扩展性,它们有望被实验应用并实现具有鲁棒性的和乐量子计算。我们还在包含超导量子电路的混杂量子体系中提出了两种可控接合方案来连接拓扑量子比特和超导量子比特以实现普适量子计算。总括来讲,我们的研究围绕着超导量子电路平台展开,以拓扑与几何的概念为主线,有望为未来实现量子模拟与量子信息过程提供理论支撑。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Realizing universal quantum gates with topological bases in quantum-simulated superconducting chains
在量子模拟超导链中实现具有拓扑基础的通用量子门
  • DOI:
    10.1038/s41534-017-0009-3
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    npj Quantum Information
  • 影响因子:
    7.6
  • 作者:
    Hu Yong;Zhao Y. X.;Xue Zheng-Yuan;Wang Z. D.
  • 通讯作者:
    Wang Z. D.
Non-adiabatic holonomic manipulation of the polariton qubit in circuit QED
电路 QED 中极化子量子位的非绝热完整操控
  • DOI:
    10.1111/gcbb.13038
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    European Physical Journal D
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Xue Zheng-Yuan;Yu Wei-Can;Yang Li-Na;Hu Yong
  • 通讯作者:
    Hu Yong
High fidelity quantum state transfer in electromechanical systems with intermediate coupling
具有中间耦合的机电系统中的高保真量子态转移
  • DOI:
    10.1038/srep06237
  • 发表时间:
    2014-08-29
  • 期刊:
    Scientific Reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhou J;Hu Y;Yin ZQ;Wang ZD;Zhu SL;Xue ZY
  • 通讯作者:
    Xue ZY
Detecting topological phases of microwave photons in a circuit quantum electrodynamics lattice
检测电路量子电动力学晶格中微波光子的拓扑相位
  • DOI:
    10.1038/npjqi.2016.15
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Npj Quantum Information
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang Yan-Pu;Yang Wan-Li;Hu Yong;Xue Zheng-Yuan;Wu Ying
  • 通讯作者:
    Wu Ying
Circuit quantum electrodynamics simulator of flat band physics in a Lieb lattice
Lieb 晶格中平带物理的电路量子电动力学模拟器
  • DOI:
    10.1103/physreva.93.062319
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Physical Review A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Yang Zi-He;Wang Yan-Pu;Xue Zheng-Yuan;Yang Wan-Li;Hu Yong;Gao Jin-Hua;Wu Ying
  • 通讯作者:
    Wu Ying

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其他文献

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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    赵龙志

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胡勇的其他基金

超导量子电路阵列中的人工Non-Abelian规范场及相关光子拓扑物理
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    11774114
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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

        graph TD
          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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