[发明专利]量子相干态的通用量子控制技术及相关系统和方法

权利要求书

1.一种操作装置的方法，所述装置包括具有多个相干量子态的第一量子系统，所述第一量子系统耦接至第二量子系统，所述方法包括：

向所述第二量子系统提供输入能量信号，所述输入能量信号激励所述第一量子系统与所述第二量子系统之间的能量传递并且使能量的净耗散从所述第二量子系统输出，其中，所述输入能量信号包括至少两个分量，所述至少两个分量具有不同的频率并且各自具有振幅和相位；以及

绝热地改变所述输入能量信号的至少两个分量的振幅和相位，以引起所述第一量子系统的多个相干量子态中的一个或更多个的改变。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一量子系统的多个相干量子态中的一个或更多个的改变是所述多个相干量子态中的第一相干量子态相对于所述多个相干量子态中的其他相干量子态的相位改变。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一量子系统的多个相干量子态中的一个或更多个的改变是所述多个相干量子态中的第二相干量子态与所述多个相干量子态中的第三相干量子态之间的布居数转移。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，执行所述输入能量信号的至少两个分量的振幅和相位的所述绝热变化，使得所述输入能量信号的至少两个分量中的每一个分量的振幅和相位中的每一个在绝热变化之前和之后具有相同的初始值和最终值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一量子系统经由非线性元件耦接至所述第二量子系统。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述非线性元件是约瑟夫逊结。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述第一量子系统是第一谐振腔，

所述第二量子系统是第二谐振腔，

所述输入能量信号是输入光子信号，并且

所述第一量子系统与所述第二量子系统之间的所述能量传递包括所述第一量子系统与所述第二量子系统之间的光子转换。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一谐振腔的品质(Q)因子大于所述第二谐振腔的Q因子。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述输入光子信号的第一分量具有第一频率，并且所述输入光子信号的第二分量具有第二频率，并且其中，所述第一频率与所述第二频率之间的差等于所述第一谐振腔的谐振频率。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述输入光子信号的第三分量具有等于所述第二谐振腔的谐振频率的第三频率。

11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一量子系统与所述第二量子系统之间的光子转换包括从所述第一量子系统到所述第二量子系统的光子转换以及从所述第二量子系统到所述第一量子系统的光子转换。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，从所述第一量子系统到所述第二量子系统的光子转换包括以下的叠加：

所述第一量子系统的两个光子转换成所述第二量子系统的一个光子；以及

所述第一量子系统的一个光子转换成所述第二量子系统的一个光子。

13.根据权利要求1所述的方法，还包括：在提供所述输入能量之前，以所述多个相干态中的至少两个的叠加来初始化所述第一量子系统。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一量子系统具有至少三个相干量子态。

15.一种装置，包括：

第一量子系统，其具有多个相干量子态；

第二量子系统，其耦接至所述第一量子系统；

至少一个能量源；以及

至少一个控制器，其被配置成：

从所述至少一个能量源向所述第二量子系统提供输入能量信号，所述输入能量信号激励所述第一量子系统与所述第二量子系统之间的能量传递并且使能量的净耗散从所述第二量子系统输出，其中，所述输入能量信号包括至少两个分量，所述至少两个分量具有不同频率并且各自具有振幅和相位；以及

绝热地改变所述输入能量信号的至少两个分量的振幅和相位，以引起所述第一量子系统的多个相干量子态中的一个或更多个的改变。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一量子系统经由约瑟夫逊结耦接至所述第二量子系统。

17.根据权利要求15所述的装置，其中：

所述第一量子系统是第一谐振腔，

所述第二量子系统是第二谐振腔，

所述至少一个能量源是电磁辐射源，

所述输入能量信号是输入光子信号，并且

所述第一量子系统与所述第二量子系统之间的所述能量传递包括所述第一量子系统与所述第二量子系统之间的光子转换。