[發(fā)明專利]量子相干態(tài)的通用量子控制技術(shù)及相關(guān)系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680012000.0
• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN107431541A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣良;羅伯特·J·舍爾科普夫三世;米歇爾·德沃爾特;維克托·阿爾貝特;斯特凡·克拉斯塔諾夫;沈超
• 申請（專利權(quán)）人: 耶魯大學
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 唐京橋,陳煒

1.一種操作裝置的方法，所述裝置包括具有多個相干量子態(tài)的第一量子系統(tǒng)，所述第一量子系統(tǒng)耦接至第二量子系統(tǒng)，所述方法包括：

向所述第二量子系統(tǒng)提供輸入能量信號，所述輸入能量信號激勵所述第一量子系統(tǒng)與所述第二量子系統(tǒng)之間的能量傳遞并且使能量的凈耗散從所述第二量子系統(tǒng)輸出，其中，所述輸入能量信號包括至少兩個分量，所述至少兩個分量具有不同的頻率并且各自具有振幅和相位；以及

絕熱地改變所述輸入能量信號的至少兩個分量的振幅和相位，以引起所述第一量子系統(tǒng)的多個相干量子態(tài)中的一個或更多個的改變。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一量子系統(tǒng)的多個相干量子態(tài)中的一個或更多個的改變是所述多個相干量子態(tài)中的第一相干量子態(tài)相對于所述多個相干量子態(tài)中的其他相干量子態(tài)的相位改變。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一量子系統(tǒng)的多個相干量子態(tài)中的一個或更多個的改變是所述多個相干量子態(tài)中的第二相干量子態(tài)與所述多個相干量子態(tài)中的第三相干量子態(tài)之間的布居數(shù)轉(zhuǎn)移。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行所述輸入能量信號的至少兩個分量的振幅和相位的所述絕熱變化，使得所述輸入能量信號的至少兩個分量中的每一個分量的振幅和相位中的每一個在絕熱變化之前和之后具有相同的初始值和最終值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一量子系統(tǒng)經(jīng)由非線性元件耦接至所述第二量子系統(tǒng)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述非線性元件是約瑟夫遜結(jié)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中：

所述第一量子系統(tǒng)是第一諧振腔，

所述第二量子系統(tǒng)是第二諧振腔，

所述輸入能量信號是輸入光子信號，并且

所述第一量子系統(tǒng)與所述第二量子系統(tǒng)之間的所述能量傳遞包括所述第一量子系統(tǒng)與所述第二量子系統(tǒng)之間的光子轉(zhuǎn)換。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第一諧振腔的品質(zhì)(Q)因子大于所述第二諧振腔的Q因子。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述輸入光子信號的第一分量具有第一頻率，并且所述輸入光子信號的第二分量具有第二頻率，并且其中，所述第一頻率與所述第二頻率之間的差等于所述第一諧振腔的諧振頻率。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述輸入光子信號的第三分量具有等于所述第二諧振腔的諧振頻率的第三頻率。

11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第一量子系統(tǒng)與所述第二量子系統(tǒng)之間的光子轉(zhuǎn)換包括從所述第一量子系統(tǒng)到所述第二量子系統(tǒng)的光子轉(zhuǎn)換以及從所述第二量子系統(tǒng)到所述第一量子系統(tǒng)的光子轉(zhuǎn)換。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，從所述第一量子系統(tǒng)到所述第二量子系統(tǒng)的光子轉(zhuǎn)換包括以下的疊加：

所述第一量子系統(tǒng)的兩個光子轉(zhuǎn)換成所述第二量子系統(tǒng)的一個光子；以及

所述第一量子系統(tǒng)的一個光子轉(zhuǎn)換成所述第二量子系統(tǒng)的一個光子。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括：在提供所述輸入能量之前，以所述多個相干態(tài)中的至少兩個的疊加來初始化所述第一量子系統(tǒng)。

14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一量子系統(tǒng)具有至少三個相干量子態(tài)。

15.一種裝置，包括：

第一量子系統(tǒng)，其具有多個相干量子態(tài)；

第二量子系統(tǒng)，其耦接至所述第一量子系統(tǒng)；

至少一個能量源；以及

至少一個控制器，其被配置成：

從所述至少一個能量源向所述第二量子系統(tǒng)提供輸入能量信號，所述輸入能量信號激勵所述第一量子系統(tǒng)與所述第二量子系統(tǒng)之間的能量傳遞并且使能量的凈耗散從所述第二量子系統(tǒng)輸出，其中，所述輸入能量信號包括至少兩個分量，所述至少兩個分量具有不同頻率并且各自具有振幅和相位；以及

絕熱地改變所述輸入能量信號的至少兩個分量的振幅和相位，以引起所述第一量子系統(tǒng)的多個相干量子態(tài)中的一個或更多個的改變。

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述第一量子系統(tǒng)經(jīng)由約瑟夫遜結(jié)耦接至所述第二量子系統(tǒng)。

17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中：

所述第一量子系統(tǒng)是第一諧振腔，

所述第二量子系統(tǒng)是第二諧振腔，

所述至少一個能量源是電磁輻射源，

所述輸入能量信號是輸入光子信號，并且

所述第一量子系統(tǒng)與所述第二量子系統(tǒng)之間的所述能量傳遞包括所述第一量子系統(tǒng)與所述第二量子系統(tǒng)之間的光子轉(zhuǎn)換。