相位量子比特

在量子计算中，更具体地说，在超导量子计算中，相位量子比特是一种基于超导体-绝缘体-超导体（SIS）约瑟夫森结的超导器件，被设计为作为量子比特或量子位运行。相量子比特与磁通量子比特和电荷量子比特密切相关，但又有所不同，它们也是由超导装置实现的量子比特。三者之间的主要区别是约瑟夫森能量与充电能量的比率（一个库珀对给电路中的总电容充电的必要能量）。对于相位量子比特，这个比率在106的数量级上，这允许通过结的宏观偏置电流；对于通量量子比特，这个比率在10的数量级上，这允许中观的超级电流（通常~300nA）；对于电荷量子比特，这个比率小于1，因此只有少数库珀对可以通过隧道并向库珀对盒充电。然而，由于巨大的分流电容，transmon可以有很低的充电能量，因此有10~100的这个比率。引言相位量子比特是一个电流偏压的约瑟夫森结，在零电压状态下以非零电流偏压运行。约瑟夫森结是一个隧道结，由两块超导金属组成，中间有一个非常薄的绝缘屏障，厚度约为1纳米。该屏障足够薄，以至于电子，或在超导状态下的库珀配对电子，可以以可观的速度隧道通过该屏障。构成约瑟夫森结的每一种超导体都是由一个宏观波函数描述的，正如超导体的金兹堡-朗道理论所描述的那样。两个超导波函数的复数相位差是约瑟夫森结最重要的动态变量，被称为相位差

约瑟夫森方程与超导电流（通常称为超级电流）有关是隧道结的临界电流，由结内隧道势垒的面积和厚度以及势垒两侧的超导体的特性决定。对于屏障两侧有相同的超导体的结，临界电流与超导间隙有关通过Ambegaokar-Baratoff公式，隧道结的正常状态电阻为戈尔科夫相位演化方程给出了相位变化率（相位的速度）与电压的线性关系这个方程是薛定谔方程对BCS波函数的相位的概括。这个概括是由Gor'kov在1958年进行的。

替代性和直流约瑟夫森关系控制着约瑟夫森结本身的行为。约瑟夫森结的几何形状--两块超导金属板被一个薄的隧道屏障隔开--是一个平行板电容器，所以除了约瑟夫森元件外，该装置还包括一个平行电容与约瑟夫森元件并联。三组并联的电路元件被一个外部电流源所偏压因此，电流偏置的约瑟夫森结。解决电路方程可以得到一个单一的动态方程，用于相位。.粒子在一个保守的力场中运动，该力场由右边的项给出，相当于粒子与势能相互作用这就是洗衣板势，所谓的洗衣板势是因为它有一个