基于超导量子比特的光学双稳性质的研究

摘要

近些年来，量子电动力学被广泛的探索。一系列的量子光学中有的效应，在量子电路实验也实现了。例如，兰姆平移、非线性光谱、受激辐射等。最近，超导量子比特与谐振腔耦合的TC模型也被证实了。超导谐振腔在实现量子相干效应和多光子的多体效应中有很重要的作用。
　　当量子多体系统与谐振腔耦合时，会产生很多新的新的现象是在原子系统中所没有的。在原子系统中，原子能够与谐振腔强耦合在一起，产生的光子会显示一些有趣的效应。在超导电路中，电路中可以有很多种电磁耦合，有很多可控参数，正是由于这些电路的这种多样性，可以设计电路满足一些原子系统所不能实现的多体效应。由于超导量子电路的可控性比较好，可以更容易的用超导量子电路来实现一些量子光学中的现象。
　　超导量子比特有一些类似于原子的特点，可以称量子比特为人造原子。本文就是在基于量子比特电路的研究，来实现光学双稳态。用矩阵列形式的很多个量子比特与超导传输线腔耦合，通过外加驱动场的作用最后实现光学双稳的现象。本文具体的分为下列几部分来讨论：
　　第一部分绪论中介绍了约瑟夫逊结的基本知识，几种量子比特的基本模型，光学双稳的基本原理等。
　　第二部分研究了传输线腔的等效LC电路模型，电路的二次量子化，传输线腔与外部导线耦合以及传输线腔的损耗等问题。
　　第三部分研究了传输线腔与量子比特耦合作用的系统，对库伯对盒量子化，研究了量子比特对传输线腔的影响，频移。
　　第四部分研究了外加驱动场与传输线腔-量子比特相互作用的系统，讨论了量子比特的受激辐射过程，最后得到光学双稳特性，并用半经典理论解释光学双稳。

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1 绪论

1.1 超导量子比特的研究背景

1.2 约瑟夫逊结的基本理论

1.3 三种类型的量子比特

1.4 光学双稳态

1.5 本文的工作

2 超导传输线腔

2.1 传输线腔片段

2.2 传输线腔与外部导线耦合

2.3 传输线腔的耗散

3 超导量子比特与谐振腔作用

3.1 库伯对盒

3.2 电荷量子比特与传输线腔耦合

3.3 谐振腔的频移

4 超导量子比特系统的双稳态的实现

4.1 基于单个量子比特的激光

4.2 基于量子比特的的光学双稳特性

总结与展望

致谢

参考文献