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相位量子比特

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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

描述SIS结的主要方程

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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。

相位量子比特

麦坎伯-斯特瓦特模型

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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


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  1. 相位量子比特
  2. 描述SIS结的主要方程
  3. 麦坎伯-斯特瓦特模型

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