Что такое findslide.org?

FindSlide.org - это сайт презентаций, докладов, шаблонов в формате PowerPoint.


Для правообладателей

Обратная связь

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Яндекс.Метрика

Презентация на тему КВАНТОВАЯ ОПТИКА ДЖОЗЕФСОНОВСКИХКУБИТОВ

Содержание

Введение Квантовая механика. Мезоскопика. Сверхпроводимость. Эффект Джозефсона. Квантовые компьютеры. Джозефсоновские кубиты. Квантовая оптика. Атом в резонаторе. Искусственный атом в квантованном электромагнитном поле. Квантовое поведение Джозефсоновского кубита связанного с
КВАНТОВАЯ ОПТИКА   ДЖОЗЕФСОНОВСКИХ КУБИТОВА.Н.ОмельянчукФизико-технический Институт низких температур им.Б.И.Веркина НАН Украиныг.Харьков Введение   Квантовая механика. Мезоскопика.   Сверхпроводимость. Эффект Джозефсона. Circuit Quantum Electrodynamics (CQE)	Джозефсоновский КУБИТ , содержащий миллиарды атомов, может вести себя Новые принципы, новые эффектыВысокий уровень технологийНеобходимы:Малые (субмикронные) размерыНизкие температуры (милликельвины)Принципиально новые приборы СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ Сверхпроводник имеет нулевое электрическое сопротивление ниже некоторой критической температуры КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕРКУБИТ = квантовый бит      Суперпозиция и Любая квантово механическая когерентная система может быть использована для реализации идей квантовых КУБИТЫ ОСНОВАННЫЕ НА ДЖОЗЕФСОНОВСКИХ КОНТАКТАХДжозефсоновский контакт является существенно нелинейным элементом.. Это используется Электронная фотография зарядового кубита Схема и фотография трехконтактного потокового кубита. Кубит E0Джозефсоновский кубит – макроскопический “атом” к которому можно присоединить провода КВАНТОВАЯ ОПТИКА квантовая электродинамика Атомы + фотоны Спонтанное излучение Лэмбовский сдвиг Спонтанное излучениеАтом в возбужденном состоянии переходит в основное состояниеНеобратимое спонтанное затухание в фотонный континуум: Теория Вайкопфа-Вигнера Лэмбовский сдвигВакуумные флуктуации:излучение и реабсорбция виртуальных фотоновЛэмбовский сдвиг снимает 2s - 2p Резонансная флуоресценцияДвухуровневый атом возбуждается непрерывным резонансным лазерным полем. Измеряются спектральные и квантовые Атом в квантовом резонатореЗахватим фотоны как дискретные моды полостиИ поместим в резонатор Blais, Huang, Wallraff, SMG & RS, PRA 2004Искусственный атом - КУБИТв квантованном электромагнитном поле. Wave scattering by an atom:elastic and inelasticMW scattering by a macroscopic quantum scatterer (1010 Al atoms) Weak continuous monitoring of a flux qubit using coplanar waveguide resonatorPhys. Rev. квантовое поведение джозефсоновского кубита связанного с резонаторомтеория и эксперимент. Уровни энергии как функция энергетического смещения ε. Для нахождения аналитического решения ограничим фотонное пространство до N=2предполагая, что среднее число Зависимость амплитуды прохождения от расстройки по частоте  при различных скоростях затухания ab квантовый компьютерблагодарю за внимание
Слайды презентации

Слайд 2 Введение
Квантовая механика. Мезоскопика.

Введение  Квантовая механика. Мезоскопика.  Сверхпроводимость. Эффект Джозефсона.  Квантовые

Сверхпроводимость. Эффект Джозефсона.
Квантовые компьютеры. Джозефсоновские кубиты.

Квантовая оптика. Атом в резонаторе.
Искусственный атом в квантованном электромагнитном поле.


Квантовое поведение Джозефсоновского кубита связанного с резонатором. Теория и эксперимент.



Слайд 3 Circuit Quantum Electrodynamics (CQE)
Джозефсоновский КУБИТ , содержащий миллиарды

Circuit Quantum Electrodynamics (CQE)	Джозефсоновский КУБИТ , содержащий миллиарды атомов, может вести

атомов, может вести себя
как один – искусственный атом.

Свойства кубитов замечательны и позволяют изучать
новые режимы квантовой оптики, не достижимые с обычными атомами.

Квантовая оптика

Квантовая электродинамика

Сверхпроводящие
цепи (circuits)
c Джозефсоновскими контактами

КУБИТЫ

!

В настоящее время большой интерес привлекает проблема “квантовой оптики искусственных атомов” - поведения джозефсоновских кубитов в квантованном электромагнитном поле. Макроскопическая двухуровневая система помещается в высокодобротную СВЧ-резонансную линию (квантовый резонатор) и изучаются эффекты фотон-кубитного взаимодействия. Большой дипольный электрический или магнитный момент кубита, в отличие от микро атома, позволяет изучать эффекты сильной связи квантовой системы с квантованным электромагнитным полем.


Слайд 5 Новые принципы, новые эффекты
Высокий уровень технологий
Необходимы:
Малые (субмикронные) размеры
Низкие

Новые принципы, новые эффектыВысокий уровень технологийНеобходимы:Малые (субмикронные) размерыНизкие температуры (милликельвины)Принципиально новые

температуры (милликельвины)
Принципиально новые приборы
Квантовые компьютеры
Сверхчувствительные детекторы
Мысленные эксперименты и

парадоксы квантовой механики (ЭПР пары, «Шредингеровский кот») уже экспериментально реализованы в мезоскопических джозефсоновских структурах.

Слайд 6 СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
Сверхпроводник имеет нулевое электрическое сопротивление ниже некоторой

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ Сверхпроводник имеет нулевое электрическое сопротивление ниже некоторой критической температуры

критической температуры . Ток в сверхпроводящем

кольце течет не затухая без потерь.
Магнитное поле выталкивается из сверхпроводника (идеальный диамагнетизм).

Эффект Джозефсона

Сверхпроводимость – макроскопическое квантовое явление


Слайд 7 КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР
КУБИТ = квантовый бит

КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕРКУБИТ = квантовый бит   Суперпозиция и интерференция квантовых


Суперпозиция и интерференция квантовых состояний = параллелизм

квантовых вычислений

Факторизация (разбиение на простые сомножители) 250-значного числа:

Классический компьютер

800000

Квантовый компьютер

секунды

лет


Слайд 8 Любая квантово механическая когерентная система может быть использована

Любая квантово механическая когерентная система может быть использована для реализации идей

для реализации идей квантовых вычислений.
одиночные

фотоны
ядерные спины
ионы в ловушках
электроны в квантовых точках
сверхпроводящие квантовые цепи

IBM 7-qubit квантовый молекулярный компьютер

L. M. K. Vandersypen, et al. Nature 414 , 883 (2001)

Преимущества твердотельных реализаций
масштабируемость
использование современной литографии

ДЖОЗЕФСОНОВСКИЕ
КУБИТЫ


Слайд 9 КУБИТЫ ОСНОВАННЫЕ НА ДЖОЗЕФСОНОВСКИХ КОНТАКТАХ
Джозефсоновский контакт является существенно

КУБИТЫ ОСНОВАННЫЕ НА ДЖОЗЕФСОНОВСКИХ КОНТАКТАХДжозефсоновский контакт является существенно нелинейным элементом.. Это

нелинейным элементом.. Это используется для инженерии систем Гамильтониан которых

эквивалентен двух уровневой квантовой системе, например спину ½ в магнитном поле.

На нынешнем уровне микротехнологий возможна инженерия Джозефсоновских структур с хорошо определенными свойствами 
масштабируемость : потенциально высокая
связь между кубитами (статическая, перестраиваемая, через резонатор)

Джозефсоновские системы могут управляться электромагнитными сигналами  Манипуляция: Магнитное поле, напряжение,микроволновые импульсы

Хорошие детекторы: Считывание состояния : SQUIDы, SET

”Большие системы”  Относительно короткие времена декогерентности (4 µs)
 Минимальный уровень декогерентности среди твердотельных кубитов
Охлаждение  малые энергии требуют охлаждения до << 1 K

Слайд 10 Электронная фотография зарядового кубита
Схема и фотография

Электронная фотография зарядового кубита Схема и фотография трехконтактного потокового кубита.

трехконтактного потокового кубита.
Кубит помещен в двухконтактный SQUID измеряющий

состояние кубита.

Слайд 11 E0
Джозефсоновский кубит – макроскопический “атом”
к которому можно

E0Джозефсоновский кубит – макроскопический “атом” к которому можно присоединить провода

присоединить провода


Слайд 12 КВАНТОВАЯ ОПТИКА квантовая электродинамика Атомы + фотоны
Спонтанное излучение
Лэмбовский

КВАНТОВАЯ ОПТИКА квантовая электродинамика Атомы + фотоны Спонтанное излучение Лэмбовский

сдвиг
Резонансная флуоресценция
Лазерная генерация
Атом в квантовом резонаторе


Слайд 13 Спонтанное излучение
Атом в возбужденном состоянии переходит в основное

Спонтанное излучениеАтом в возбужденном состоянии переходит в основное состояниеНеобратимое спонтанное затухание в фотонный континуум: Теория Вайкопфа-Вигнера

состояние
Необратимое спонтанное затухание в фотонный континуум:
Теория Вайкопфа-Вигнера


Слайд 14 Лэмбовский сдвиг
Вакуумные флуктуации:
излучение и реабсорбция виртуальных фотонов
Лэмбовский сдвиг

Лэмбовский сдвигВакуумные флуктуации:излучение и реабсорбция виртуальных фотоновЛэмбовский сдвиг снимает 2s -

снимает 2s - 2p вырождение
Согласно теории Дирака уровни 2S

и 2P должны бы иметь одинаковые энергии.
Однако излучательные поправки, возникающие благодаря взаимодействию между
атомным электроном и вакуумом, приводят к увеличению энергии уровня 2S
относительно уровня 2P на 1057 МГц.

Слайд 15 Резонансная флуоресценция
Двухуровневый атом возбуждается непрерывным резонансным лазерным полем.

Резонансная флуоресценцияДвухуровневый атом возбуждается непрерывным резонансным лазерным полем. Измеряются спектральные и

Измеряются спектральные и квантовые статистические свойства флуоресцентного света, испущенного

атомом

Лазерная генерация

 система: t13  0, t23  0, t120

Инверсная заселенность в атоме  типа


Слайд 16 Атом в квантовом резонаторе
Захватим фотоны как дискретные моды

Атом в квантовом резонатореЗахватим фотоны как дискретные моды полостиИ поместим в

полости
И поместим в резонатор атом
Jaynes-Cummings Гамильтониан
квантованное поле
2-х уровневая система
атом-фотон

взаимод.

κ– затухание поля в полости
- релаксация атомных состояний
g - частота Раби осцилляций

сильная связь: g > k , 


Слайд 17 Blais, Huang, Wallraff, SMG & RS, PRA 2004
Искусственный

Blais, Huang, Wallraff, SMG & RS, PRA 2004Искусственный атом - КУБИТв квантованном электромагнитном поле.

атом - КУБИТ
в квантованном электромагнитном поле.


Слайд 18 Wave scattering by an atom:
elastic and inelastic
MW scattering

Wave scattering by an atom:elastic and inelasticMW scattering by a macroscopic quantum scatterer (1010 Al atoms)

by a macroscopic
quantum scatterer (1010 Al atoms)


Слайд 19 Weak continuous monitoring of a flux qubit using

Weak continuous monitoring of a flux qubit using coplanar waveguide resonatorPhys.

coplanar waveguide resonator
Phys. Rev. B 81, 172505 (2010)
G.Oelsner,S.H.W.vanderPloeg,P.Macha,U.Hubner,D.Born,

S. Anders, E. Il’ichev, H.-G. Meyer, M.Grajcar, S.Wunschand, M.Siegel, A.N.Omelyanchouk, O.Astafiev

We study a flux qubit in a coplanar waveguider esonator by measuring transmission through the system. In our system with the flux qubit decoupled galvanically from the resonator, the intermediate coupling regime Is achieved. In this regime dispersive readout is possible with weak backaction on the qubit.The detailed Theoretical analysis and simulations give a good agreement with the experimental data and allow to make the qubit characterization.

Quantum behaviour of the flux qubit coupled to resonator

Fiz.Nizk.Temp, 10, (2010)

A.N.Omelyanchouk, S.N.Shevchenko, Ya.S.Greenberg, O.Astafiev,and E.Il’ichev

The detailed theory for the system of a superconductingqubit coupled to the transmission line resonator is presented. We describe the system by solving analytically and numerically the master equation for the density matrix, which includes dissipative Lindblad term. We calculate the transmission coefficient,which provides The way to probe the dressed states of the qubit.Thetheoretical resultsare related to the experiment with the Intermediate coupling between the qubi tand the resonator, when the coupling energy is of thesameorder as the qubit relaxation rate.


Слайд 20 квантовое поведение джозефсоновского кубита связанного с резонатором
теория и

квантовое поведение джозефсоновского кубита связанного с резонаторомтеория и эксперимент.

эксперимент.


Слайд 21 Уровни энергии как функция
энергетического смещения ε.

Уровни энергии как функция энергетического смещения ε.

Слайд 23 Для нахождения аналитического решения ограничим
фотонное пространство до

Для нахождения аналитического решения ограничим фотонное пространство до N=2предполагая, что среднее

N=2
предполагая, что среднее число фотонов
в резонаторе рождаемое управляющим

полем амплитуды

много меньше единицы.
Это предположение отвечает условиям эксперимента


Слайд 24 Зависимость амплитуды прохождения от расстройки по частоте при

Зависимость амплитуды прохождения от расстройки по частоте при различных скоростях затухания

различных скоростях затухания . При малых скоростях затухания спектр

прохождения демонстрирует Раби-расщепленные пики (красная кривая) в соответствии со структурой одетых состояний. Диссипация приводит к размытию резонансных пиков (синяя и зеленая кривые).

  • Имя файла: kvantovaya-optika-dzhozefsonovskihkubitov.pptx
  • Количество просмотров: 134
  • Количество скачиваний: 0