(开题报告和论文综述.docVIP

浙江工业大学理学院 毕业论文（设计）文献综述 学生姓名： 方文其 学 号：200810320106 专 业： 应用物理 设计（） 量子机器 指导教师： 徐东辉 2012年3月 6日 一、文献综述 《Breakthrough of the Year: The First Quantum Machine》——《今年的大突破：第一台量子机器》：我们日常生活中所有的宏观物体都遵循经典力学的客观规律，然而今年实现的这一宏观物体的运动却只能以量子力学的规律描述。由于量子力学的建立，人类才得以如此精确的了解微观世界的运动规律，预言一些奇妙的实验现象。尽管该理论仍有许多方面存在较大的争议，但在解释微观世界上体现了完美的自洽性，从真正意义上打开了微观世界的大门。在过去的几十年里，科学家们只有在原子，分子，亚原子数量级的微粒上才观测到过量子效应，却从来没有在肉眼可分辨的宏观物体上发现类似的现象。尽管科学家们在不断的尝试，但都以失败而告终。如今，美国年轻的物理学家Aaron D. O’Connell及其团队创造性的制造了一个机械谐振器（如图所示为量子机器），并将其与相位量子比特耦合，对其进行单声子控制，首次实现了宏观物体的量子运动。这是一项非常具有划时代意义的发现，它将会从根本上改变我们现有的世界观。量子力学告诉我们，微观物体不可能完全处于静止状态，并且能够同时出现在两个地方。这些奇怪的理论确实与我们生活经验大相径庭，也引起了物理学家们极大的关注和反思。为什么在宏观物体上从未发现这些现象？到底是什么不为人知的原则禁止了这些现象的出现？在不久的将来，等到能实现更大数量级物体的量子效应的观测，这些难题将会被解开，我们将会更深刻的了解到量子力学的精髓。而2010年所实现的量子机器，对未来的发展起了良好的参考作用，为人类更深入的了解这个世界迈出了巨大的一步。 《Quantum ground state and single-phonon control of a mechanical resonat》——《机械共振器的量子基态与其单声子控制》：量子力学力学的、经常是反直觉的预测已在原子尺度的系统和电系统中被观察到。演示量子力学同样适用于系统，特别是一个足以让肉眼可见的宏观系统，引起极大兴趣可以由单程序测定是普兰克常数除，kB是波尔兹曼常数，而热平衡状态将会掩盖量子效应，为观察量子行为，需要去除因热激发而产生的声子，所以机械共振器必须处于量子基态，即n1。然而，将机械共振器冷却至量子基态相当具有挑战性，物理学家们运用了一种新型的冷却技术——稀释冰箱[14-18],成功将其冷却至25mK，并进行微波量子光谱测量，通过将量子比特用作量子温度计来估算平均声子数的上限值来判断该装置是否处于量子基态。3. 机械共振器激发态的实现和控制——在这一过程中，量子比特充当量子转换器的角色，我们量子比特时域控制波色子特性用微波脉冲直接激发机械共振器量子比特和机械器间交换频率声子数的平方根成正比这明显共振器的波色子特性[28] 其中是几何电容，只与装置的几何参数有关，是声音在材料中的速度，是装置的厚度，是所谓的压电耦合效率。从上式可以得到，阻抗最大和最小的时候，装置振动频率值。在假设无耗散的情况下，我们用简化的Butterworth-van Dyke模型来代替该装置。该装置本质上是一个LC震荡电路，而LC震荡电路的量子对应就是一个谐振子体系，运用向量法的相关知识，可以计算出模型的阻抗，分析阻抗的性质，同样可以得到振动频率，对比测量的得到的数据，便可知道等效电路中各参数的近似值，间接计算出装置的品质因素和寿命。 计算得到的寿命值为纳秒的数量级，所以为实现对该装置的量子操控，必须用到超导约瑟夫森相位量子比特。它最重要的结构为约瑟夫森结，一般由两个金属导体和一个绝缘体势垒组成，称为SIS结。结中的电子不再单独运动，而是两两形成库伯对运动。约瑟夫森结具有两个重要的性质：直流约瑟夫森关系和交流约瑟夫森关系。我们用一个严格遵守约瑟夫森关系的理想约瑟夫森结并联一个电容来代替一般的超导量子比特，列出该结所满足的微分方程，我们会发现该方程可近似的认为是一维经典粒子运动的牛顿方程。我们用拉格朗日力学的语言重写牛顿方程，最后便可得到该装置的哈密顿量。为了实现体系的量子化，引入库伯对，进一步控制偏流的大小，可保证体系拥有与谐振子体系相似的最低的两个能级，这就形成了拉量子比特的计算基础。 为实现量子比特对机械谐振器的控制，将两装置的等效电路进行串联耦合。两个震荡系统之间的耦合强度的经典算法为计算整个系统的导纳，当导纳为0时，求出此时