电荷量子比特

在量子计算中，电荷量子比特（也被称为库珀对盒）是一个量子比特，其基础状态是电荷状态（即代表岛上存在或不存在多余的库珀对的状态）。

在超导量子计算中，电荷量子比特是由一个微小的超导岛通过约瑟夫森结（或实际上是超导隧道结）耦合到一个超导储能器而形成的。

量子比特的状态由穿过结的库珀对的数量决定。与原子或分子离子的电荷状态不同，这种岛屿的电荷状态涉及岛屿的宏观数量的传导电子。

电荷状态的量子叠加可以通过调整控制岛的化学势的栅极电压U来实现。电荷量子比特通常通过静电耦合岛和一个极其敏感的电子测量仪（如射频单电子晶体管）来读出。

电荷量子比特的典型T2相干时间为1-2μs。最近的工作显示，使用一种被称为三维超导空腔内的透镜的电荷量子比特，其T2时间接近100μs。了解T2的极限是超导量子计算领域的一个积极研究领域。

电荷量子比特的制造采用类似于微电子的技术。这些器件通常是在硅或蓝宝石晶圆上使用电子束光刻技术（不同于相位量子比特，它使用光刻技术）和金属薄膜蒸发工艺制成。

为了创造约瑟夫森结，通常使用一种被称为影子蒸发的技术；这涉及到通过电子束光刻机中定义的掩模，以两个角度交替蒸发源金属。

这导致了两层重叠的超导金属，在其间沉积了一层薄薄的绝缘体（通常是氧化铝）。

如果约瑟夫森结有一个结电容{displaystyleC_{rm{g}}，则一个库珀对的充电（库仑）能量为：{displaystyleC_{rm{J}}。那么，一个库珀对的充电（库仑）能量是。{displaystylen}表示多余的库珀对数量。表示岛上多余的库珀对的数量（即其净电荷为-2ne{displaystyle-2ne}，则哈密顿式为：{displaystyle-2ne}。)，那么哈密顿式就是。{displaystyleE_{rm{J}}是隧道结的约瑟夫森能量。｝是隧道结的约瑟夫森能量。

在低温和低栅极电压下，我们可以将分析限制在只有最低的态，因此得到一个两级量子系统（又称四比特）。注意，最近的一些论文采用了不同的符号，并将充电能量定义为一个电子的能量。

迄今为止，实现量子比特最成功的是离子阱和核磁共振，肖尔的算法甚至是用核磁共振实现的。然而，很难看到这两种方法被扩展到创建量子计算机所需的数百、数千或数百万的量子比特。

固态表示的量子比特更容易扩展，但它们本身也有自己的问题：退相干。然而，超导体具有更容易扩展的优势，而且它们比普通的固态系统更具有一致性。

自1996年以来，超导电荷量子比特的实现一直在快速进展。Shnirman在1997年对设计进行了理论描述，而VincentBouchiat等人在1997年2月发表了库珀对箱中电荷的量子相干性证据。

1999年，Nakamura等人首次观察到电荷量子比特的相干振荡。2年后观察到了量子状态的操纵和电荷量子比特的完全实现。