100GHz第二代超导集成电路

当今世界上最快的集成电路采用的是超导金属铌,而非半导体化合物制造。该技术基于约瑟夫森结器件和超导连接间单个磁通量子的传送。 这些工作在10K温度下的超导IC,与1980年早期研究的超导IC大有不同。正是在那些项目快结束的时候,一些新发现导致第二代超导材料和电路制造工艺的出现,发展出一种基于单个磁通量子的存储和传输,称为快     

超欧姆型热库环境下互感效应对磁通量子比特退相干的影响

在二能级近似下运用Bloch-Redfield方程,研究了超导量子电路中的磁通量子比特退相干在超欧姆热库环境下受互感效应的影响。研究结果表明：（1）在超欧姆热库环境下,提高环境指标系数有利于延长超导磁通量子比特的退相干时间;（2）构建超欧姆型热库环境可以改进固态量子比特的退相干;（3）电感元件间的互感耦合对量子电路系统退相干的影响是比较复杂的,调控好电感元件间的互感耦合有利于提高退相干时间。     

用约瑟夫森结量子比特制备簇态

高度纠缠的簇态是一种常见的测量基的量子计算的资源。这里提出了基于约瑟夫森比特的簇态实现方案。方案简单且易于操作,每个量子比特是通过包括一个超导岛和一个库伯对盒来实现的,任意两个约瑟夫森结量子比特可以通过一个对称的直流射频超导干涉仪相互耦合。通过调节每个实现量子比特的的门电压,来设定合适的初态,通过调节系统内相应的参量从而实现一个一个环路的耦合作用,以实现簇态。经过文章理论推导,方案简便易操作。在现在的技术条件下,方案完全可行。     

基于FDTD的约瑟夫森结与超导传输线协同分析方法

为实现高性能处理器,超导RSFQ（快速单磁通量子）电路被提出.该电路主要由超导约瑟夫森结和超导无源传输线组成,对其建模分析是超导RSFQ电路设计的基础.本文提出了基于FDTD（时域有限差分）的约瑟夫森结与超导传输线的协同分析方法.该方法采用FDTD数值方法求解超导传输线的电报方程.在超导传输线与约瑟夫森结交界处的非线性边界条件上,采用了Newton-Raphson迭代算法.数值结果表明,本文提出的约瑟夫森结和超导传输线的协同分析方法与WRspice仿真软件相比具有相同精度,且运算效率显著提高.     

两个耦合约瑟夫森结磁通量子比特能级的研究

研究了两个(?)_(1z)(?)_(2z)Ising型耦合量子比特的能级,这是一种典型的赝自旋约瑟夫森结比特模型。论述了两个磁通量子比特通过耦合可以构成量子力学四能级系统;研究了两量子比特间主要因子含能量差ε,隧穿幅度t和耦合因子j(包括耦合强度和耦合方向)对能级的影响。结果表明:对于由两个相同量子比特构成的系统,在Φ=(1/2)Φ处,不仅两抗铁磁态的能级受控于耦合因子,它们之间的跃迁频率也由耦合因子控制。     

互感效应对磁通量子比特消相干影响的研究

量子计算需要保持量子态的相干和纠缠特性,但这两个特性都很容易遭到消相干过程的破坏,因此如何克服消相干成为实现量子计算的一个关键.利用经典电路图论,得出了磁通偏置超导电路的哈密顿量,再利用Bloch-Redfield方程研究了超导电路多能级系统的动力学演化,最后在二能级近似下,发现了电路之间的互感对系统谱密度的影响,并讨论了如何调节电路之间的各个互感,减小磁通量子比特的消相干时间.     

交变外场下双结超导量子干涉器件的讨论

本文在a.c.Josephson结方程和直流超导量子干涉器件(d.c.SQUID)原理的基础上,讨论了在外加交流电场下,双结超导量子干涉器件环路的输出电流与待测磁通量的关系,得到了输出电流和待测磁通量关于时间的微分方程。并基于以上微分方程,提出了通过测定输出电流与时间的关系从而测量随时间发生微小变化的磁通量的构想。     

量子计算与超导量子计算机

量子计算是一种基于量子力学相干叠加原理的新型计算体系,具有超越传统计算体系的优越性能。超导量子计算因为其在规模可扩展性方面的潜力而得到广泛的重视。超导约瑟夫森结是超导量子计算机方案中的关键器件,可用来控制超导体中的宏观波函数。阐述了量子计算的发展和优势,介绍了约瑟夫森结的原理以及三种超导量子比特的特性,并分析了面临的挑战。     

超导量子比特耦合微波腔和机械谐振器系统的探测场吸收特性研究

提出了一种基于光子-超导量子比特-声子三体复合量子系统相互作用的方案,具体由微波腔和微机械谐振器共同耦合一个超导电荷量子比特构成.基于抽运-探测方法,利用量子朗之万演化方程获得系统一阶线性极化率,研究了超导量子比特耦合微波腔和机械谐振器系统的吸收特性.结果 表明,利用双场探测手段,根据信号场的吸收谱中双峰之间的宽度可以...     

超导电荷量子比特系统中几何量子失协和稠密编码的研究

研究了由约瑟夫森大结耦合的两个超导电荷量子比特模型中的几何量子失协和稠密编码信道容量。讨论了初始平均光子数、相对相位和两电荷量子比特间振幅对几何量子失协和稠密编码信道容量的影响。结果表明,初始平均光子数、相对相位和两电荷量子比特间振幅在几何量子失协及稠密编码信道容量的动力学演化过程中扮演了一个非常重要的角色,特别有意义的是可以通过调控相对相位来提高稠密编码信道容量的值。     

基于偏差的李雅普诺夫方法超导量子比特系统调控

应用李雅普诺夫控制理论,对含约瑟夫森结电荷量子比特系统的状态实施了有效调控。数值仿真表明：基于偏差的李雅普诺夫控制方法不仅避免了复杂的迭代计算,而且可以确保量子系统的稳定。因此,李雅普诺夫方法是一种具一定有实用意义的调控方法。     

A new high-speed periodic-threshold comparator for use in aJosephson A/D converter

A Josephson comparator based on a nonhysteric one-junction superconducting quantum interference device (SQUID) for use in a periodic-threshold A/D (analog-to-digital) converter is discussed. Simulations show that a 4-bit A/D converter using this comparator could have a sampling rate of >20 GHz with an analog signal bandwidth of >10 GHz. This performance represents a factor-of-greater-than-five improvement over that of other periodic-threshold A/D converters, which are based on two- or three-junction SQUIDs     

Materials Origins of Decoherence in Superconducting Qubits

Superconducting integrated circuits incorporating Josephson junctions are an attractive candidate for scalable quantum information processing in the solid state. The strong nonlinearity of the Josephson effect enables one to tailor an anharmonic potential and thus to realize an artificial quantum two-level system (“qubit”) from a macroscopic superconducting circuit. Josephson qubits can be made to interact strongly and controllably, and it should be straightforward to fabricate circuits incorporating hundreds or even thousands of Josephson qubits using standard thin-film processing techniques. Work over the last several years has shown that qubit performance is limited by spurious coupling of the qubit to microscopic defect states in the materials that are used to implement the circuit. Here we discuss the materials origins of dissipation and dephasing in superconducting qubits. A deeper understanding of the underlying materials physics that governs decoherence in superconducting quantum circuits will guide the search for improved, low-noise materials and fuel continued progress in the field of superconducting quantum computing.      

非马尔科夫环境下耦合超导量子比特纠缠态的纠缠消相干

利用共生纠缠度比较详细地研究了一个超导耦合量子比特在非马尔可夫环境下纠缠消相干的演化。研究结果表明：对于不同纠缠初态下的超导耦合量子比特,由于环境作用的记忆反馈效应,处于热平衡环境中的耦合量子比特的纠缠度总是会单调地趋向于零。进一步的研究结果还表明：在非马尔可夫过程中会很快地出现纠缠的突然死亡,耗散越强,纠缠的死亡越快;而在马尔可夫过程中则是缓慢地趋向纠缠的死亡。     

超导系统下利用量子非破坏性测量制备量子态

基于超导量子电路系统,我们提出了通过量子非 破坏性测量的方法来实现光子的量子态制备。由约 瑟夫森结构成的两能级超导量子比特,在与腔耦合的情况下,其能级会产生斯塔克位移,位 移的大小与腔 内光子数成正比。利用超导量子比特能级位移受到腔内光子影响这一性质,在波导与超导量 子比特耦合的 情况下,通过波导中光子透过率的测量,从而判断出腔内的光子数。这种测量方式对腔内的 光子不产生影 响,因而是量子非破坏性测量,进而实现腔内光子的量子态制备。此外,我们还讨论了相关 参数对制备效 果的影响,在此基础之上,提出了通过反馈重复测量的方法来提高制备效率,从而实现目标 量子态的快速制备。     

A comparative study of the noise performance ofaluminium-gallium-arsenide/gallium-arsenide high electron mobilitytransistors with and without superconducting gate electrodes

The noise performance of an AlGaAs high electron mobility transistor (HEMT) with a 1 μm vanadium/titanium superconducting gate electrode is compared to an otherwise identical nonsuperconducting titanium gate HEMT. At a frequency of 1 GHz and at a temperature below its critical temperature, the superconducting gate HEMT achieved a noise temperature of 21 K. Under these conditions the HEMT with the Ti gate electrode demonstrated a noise temperature of approximately 70 K. This factor of three reduction in noise temperature is due to the reduced gate resistance of the V/Ti superconducting gate. This is the first demonstration of noise reduction in an HEMT using a low-temperature superconducting gate electrode     

连续激光辐照三结GaAs太阳电池温度场仿真

为了研究真空环境下1070nm连续激光辐照对三结GaAs太阳电池输出性能的影响,利用COMSOL软件构建了相应物理模型,通过数值仿真研究了激光功率密度、光斑半径、减反膜和热辐射热对流对温度场的影响。结果表明,吸收系数、热导率和光电转换效率是温度演变的3个主要因素;温升幅度随激光功率密度增大而增大;光斑半径越小使得电池表面温差越大;拥有减反膜结构可有效地提高太阳电池转换效率,但也使电池温度较高;热对流散热在电池较低温度（300K~400K）情况下占据主导作用;当入射功率密度为16.7W/cm2、光斑半径与电池半径相同时,经20s后,电池中心温度达到501.521K,导致光电转换效率为0。该数值模拟结果与实验结果基本相符,对激光损伤太阳电池机理研究提供一定的理论依据。     

Fabrication of Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O superconducting Thin films by rapid thermal annealing

Superconducting Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O thin films were successfully fabricated on MgO substrates by dc sputtering and rapid thermal annealing. No furnace annealing was used in the process. The superconducting thin films, deposited by dc sputtering for 8 hr and rapid thermally annealed at 845°C for 60 sec, showed a superconducting transition onset temperature of 110 K and a zero resistance transition temperature of 86 K. Highly oriented films with the c-axis normal to the substrate surface were obtained. To our knowledge, this is the first time that Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O superconducting thin films have been fabricated using rapid thermal annealing.     

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应及加固技术研究进展

文章首先重点介绍了国内外开展GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的电子、质子及其他辐射粒子或射线辐照实验的研究进展,然后从辐照损伤效应的仿真模拟研究、抗辐射加固技术、损伤预估方法等方面综述了GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应及加固技术的研究进展,最后梳理了当前GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应研究中亟待解决的关键技术问题,为深入开展GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应实验方法标准制定、损伤机理分析、在轨寿命预估及抗辐射加固技术研究提供了理论指导和实验技术支持。