【优博微展2018】顾秀：超导量子芯片上的电磁感应透明

顾秀：2018年清华大学优秀博士学位论文二等奖获得者

超导量子芯片上的电磁感应透明

作       者：顾   秀

指导教师：刘玉玺

培养院系：微电子与纳电子系             

学       科：电子科学与技术

读博感言：在激动人心的科学发现背后，是无数微小而踏踏实实的努力的堆积

研究背景/选题意义/研究价值

由约瑟夫森结、电容和电感构成的超导量子电路，有量子化的能级，并且可以和量子化的微波场实现强耦合，开辟了光和物质相互作用的新领域，同时也是最有潜力实现量子计算机的物理平台。电磁感应透明(EIT)是量子光学中广泛研究的现象之一，可以应用于不同的物理系统，来实现存储，提取和操控量子态。但是由于 EIT 的强控制场的 Rabi 频率受到能级衰减率的限制，在超导量子电路中很难被实验观测到。

主要研究内容

我们提出在大失谐条件下，可以在超导量子比特上增加一个额外的驱动，进一步混合电路量子电动力学系统的原子和光的的缀饰态，最后形成双重缀饰态。

量子比特驱动进一步缀饰电路量子电动力学系统的原子和光的缀饰态，形成新的4个能级。对应的衰减率，如图：

在嵌套区： 

可以通过量子比特驱动的强度 Ω_d和频率𝜔_d 控制双重缀饰态的衰减率。

利用新的双重缀饰态，可以构造一个衰减率可控的三能级系统来实现 EIT。我们随后与实验组合作，在由 transmon 量子比特和腔耦合的实验系统中，成功的验证了这个理论方案，观测到了 EIT 现象。 

主要创新点

1. 完成目前超导电路中的微波光子学最为全面的综述，展示了如何用人工的原子来操控量子化的微波。

2. 研究如何调控衰减率，实现电路量子电动力学中的电磁感应透明，并和实验组合作验证了理论方案。

3. 实现了计算机数值求解含有多频率驱动的主方程，为分析超导量子电路实验数据提供了十分重要的工具。

代表性学术发表

1. “Microwave photonics with superconducting quantum circuits,” (2017), Phys. Rep. 718-719, 1-102 (2017).

2. “Electromagnetically induced transparency in circuit QED with nested polariton states,” Phys. Rev. Lett 120, 083602 (2018).

3. “Polariton states in circuit QED for electromagnetically induced transparency,” Phys. Rev. A 93, 063827 (2016).

作者：顾秀

供图：顾秀

编辑：清华大学研究生院  周明坤  吴佳瑛 李文