基于参量机制的可控超导量子电路耦合及其应用

论文摘要

量子模拟通过可控的人工量子系统模拟凝聚态物理和高能物理所关心的物理系统,为我们提供一个理想的平台来解决实验上的困难。超导量子电路是当前实行对若干奇异物理现象量子模拟的最有潜力的人工平台之一,基于当前的微电子集成电路工艺,它具有参数易于设计,可调性好,且电路便于集成等优点。本文基于超导量子电路这一物理体系,研究若干拓扑光子学物理。特别地,我们将近年来在超导量子电路中实现Abelian人工规范的参量转换方法推广,提出实现Non-Abelian规范的理论方案。并进一步探讨这一Non-Abelian规范所带来的新奇物理效应,包括Non-Abelian AB效应所导致的AB囚禁以及自旋轨道耦合。具体内容如下:第一,我们提出在级联的3D腔人工晶格体系中,利用3D腔的两个本征模式来扮演光子的两分量。通过参量共振的方法,用耦合SQUID来连接3D腔阵列上的近邻格点,运用交变磁通来激励SQUID,以此实现格点间强度由磁通信号强度决定的可控跃迁,而跃迁相位由磁通信号的初始相位来调制。这样,我们可以通过合适地选取3D腔的几何尺寸和交流脉冲的强度与相位,实现近邻格点间四支跃迁的独立可控,从而在超导量子电路体系中实现施加于电中性光子的具有任意形式的NonAbelian人工规范场。第二,我们将AB囚禁的概念从Abelian规范情况下推广到Non-Abelian规范情况,并基于前述所得,提出了一个在超导量子电路中实现Non-Abelian AB囚禁的方案,并讨论相应的测量问题。具体来说,我们基于AB干涉的思路,提出在NonAbelian情况下,由于体系分量数的增多,对比Abelian情况,Non-Abelian AB干涉可以导致更丰富的物理,包括若干对称性的破缺。我们提出可以构造一个准一维的菱形3D腔阵列,通过合适的参数设计和脉冲泵浦控制,实现超导量子电路中微波光子的AB囚禁。这一现象可以通过光子的局域行为来表征,为此我们提出了相应的实验测量方法。第三,我们将Non-Abelian人工规范应用到一维3D腔格点系统中,在超导量子电路这一体系中实现自旋轨道耦合。Non-Abelian人工规范场的引入会导致格点系统能带间的能隙的关闭—重打开,使我们注意到系统的拓扑性质。通过计算系统的拓扑不变量即卷绕数,我们发现了系统拓扑性质的改变。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨晴云

导师: 胡勇

关键词: 规范,囚禁,自旋轨道耦合

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 华中科技大学

分类号: O413

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.004317

总页数: 71

文件大小: 2367K

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