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。     

浅谈超导量子比特封装与互连技术的研究进展

基于超导量子电路的量子计算技术已经在退相干时间、量子态操控和读取、量子比特间可控耦合、中大规模扩展等关键技术上取得大量突破,成为构建通用量子计算机和量子模拟机最有前途的候选技术路线之一。在介绍超导量子比特原理的基础上,结合自主创新成果,对国内外超导量子比特封装与互连技术的发展进行评价,并重点探讨了超导量子比特三维集成封装解决方案以及与外部稀释制冷机测控线路的高密度互连方案,为尽快缩小与国外超导量子计算机的差距提供超导量子比特封装与互连技术支撑。     

利用超导量子相干装置一步制备W类纠缠态

鉴于一种新形式的W类纠缠态作为纠缠通道可以实现概率为100%的量子隐形传态和密集编码的特殊优势,我们提出一个基于超导量子相干装置在单模谐振腔中制备该W类纠缠态的方案。在这个方案里,只需利用超导量子相干装置和腔场发生共振相互作用,一步便可制备W类纠缠态。在目前的腔QED技术条件下, 该方案是可以实现的。     

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...     

量子响应高温超导薄膜红外探测器

基于超导探测器具有量子响应的实验论据，用量子理论导出高温超导薄膜探测器的，表明超导探测器的正比于超导薄膜长厚比的平方根，而与宽度无关。因此，采用超导薄膜（减小厚度），同时将薄膜光刻成弯曲线条或蛇形，增加其长度，将获得高Ｄ＊值的超导探测器。这是具有量子响应的超导探测器的重要结论。它为超导红外探测器的研制、设计提供了重要的理论依据。     

大推力量子发动机

与利用反冲原理的火箭发动机不同，量子发动机利用单链武电磁波对恒定电流产生的电磁力来推进。这种发动机技术遇到的瓶颈是：高强度激烈变化的单极电磁场会使超导体发热，失去超导性，甚至将超导体熔断。这大大地限制了发动机的最大功率和使用寿命。解决的办法就是将超高频高幅单链式电磁波解调成超低频高幅单链式电磁波，使通恒定电流的超导体受到一个超低频单向振荡的无源的单极磁场的作用，从而实现大推力推进。     

以人造单原子制成量子放大器

俄罗斯和日本科学家利用“人造单原子”方法，成功研制出量子放大器，使在芯片上建立量子放大器等量子元件的技术向前推进了一步，该科研成果将在电子和光学等领域得到广泛应用。研究人员介绍，所谓“人造单原子”，就是一种在普通硅基芯片上人工制成的金属薄膜，它由多个单元组成，包括高频辐射传输线、共振器和一个纳米超导结构等。     

高温超导体开关器件理论分析

在强场致发射时，Ｎｏｔｔｉｎｇｈａｍ效应晨对高温超导体的场致发射性质的有较大的影响，利用Ｎｏｔｔｉｎｇｈａｍ效应使发射体处于超导和正常态之间转化可做超导开关器件。     

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。     

深圳国际量子研究院量子计算所研究员徐源 躬耕量子科学 献力前沿科技

<正>人物档案徐源,深圳国际量子研究院研究员。2013年本科毕业于西安交通大学应用物理学专业;2019年从清华大学交叉信息研究院毕业,获得清华大学理学博士学位,导师为孙麓岩教授;随后加入南方科技大学量子科学与工程研究院,相继担任助理研究员和副研究员,目前为深圳国际量子研究院量子计算所研究员。他长期致力于基于超导量子线路系统的量子计算领域的实验研究,并在基于三维超导微波谐振腔与超导量子比特的量子信息处理、量子纠缠、量子操控与量子纠错等方向取得了显著成果。     

超导磁储能及其应用（下）

超导磁储能系统（SMES）是超导电力技术的一个重要组成部分,SMES不仅可用于调节电力系统的峰谷,而且可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡从而改善电网的电压和频率特性,同时还可用于无功功率和功率因数的调节以改善电力系统的稳定性,预期在UPS储能电源系统中发挥作用。文中介绍了超导电性、SMES的七作原理和特点、应用（重点介绍SMES-UPS）和发展前景。     

超导磁储能及其应用（上）

超导磁储能系统（SMES）是超导电力技术的一个重要组成部分,SMES不仅可用于调节电力系统的峰谷,而且可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡从而改善电网的电压和频率特性,同时还可用于无功功率和功率因数的调节以改善电力系统的稳定性,预期在UPS储能电源系统中发挥作用。文中介绍了超导电性,SMES的工作原理和特点、就用（重点介绍SMES-UPS）和发展前景。     

面向超导量子器件的封装集成技术

超导量子比特因其半导体工艺兼容性强,可扩展潜力大,易于操控、读出与耦合,是现阶段最有希望实现可扩展通用量子计算机的技术路线之一。然而,通用量子计算的实现需要百万量级的超导量子比特作为硬件基础,因此相应的封装架构需要在可扩展特性、超导材料体系、低损耗电互连、量子比特兼容性、电磁环境优化等方面进行新的探索。分析了传统引线键合在大规模集成过程中遇到的主要技术瓶颈;介绍了面向超导量子器件开发的一系列特殊互连架构,对其优势和局限性进行了探讨;详细讨论了集成电路领域先进封装技术在超导量子器件中的兼容性问题,主要涵盖倒装键合、硅通孔及系统集成方案3个方面,并对上述封装技术的发展趋势进行了展望。     

新产品与新技术（77）

低温超导用铝线路电路板
　　英国的电路板制造商Omni电路板公司，宣布研制成功一种接合铝金属线的电路板。样板设计和制造是为用于一个D-Wa v e系统量子超级计算机，允许在绝对零度以上的低温下超导运行。     

量子尺寸效应导致的铅薄膜材料的奇异超导性质

我们在硅衬底上制备出厚度在原子尺度上可控、宏观尺度上均匀的铅薄膜。观察到随着厚度一个原子层一个原子层增加时薄膜超导转变温度的振荡现象。我们证明，这种振荡行为是量子尺寸效应的结果。在这种薄膜中，电子德布罗意波的干涉行为类同于光的法布里一玻罗干涉，会导致量子阱态的形成。量子阱态的形成改变了费米能级附近的电子态密度和电声子耦合强度，从而最后导致了超导转变温度的变化。研究结果表明：通过精确控制这种厚度敏感的量子尺寸效应，可以调制材料的物理和化学性质。     

新型半导体及其电路研制动向分析——超导电子器件的应用及研制动向

近年来,低温物理学,量子电子学和微电子学的飞速发展为超导电子学的应用开辟了广阔的前景。国外基于约瑟夫森效应与量子干涉效应制成的各种高灵敏度超导电子器件已有20多种,在精密测量、电压标准监视、微波和远红外应用以及超导电子计算机的开关逻辑和存贮电路方面都取得了不少成果。其主要应用分     

半导体中的谷间电子转移和体振荡

从GaAs/AlAs量子阱的量子限制、能带混合和隧穿共振中发现了新的异质谷间转移电子效应。用它制成了定位精度高的高效谷间电子布居控制极。把这种控制极设置于耿氏有源层的阴极端,消除了器件中的死区,抑制了强场畴,产生高效的电场弛豫振荡模。通过长有源层样品的模拟设计,发现了新的触发多电子束弛豫振荡模,实现了体振荡。模拟设计得出在20～25GHz频段能获得50W以上的脉冲振荡输出,效率大于40%。     

基于HTc rf SQUID的通信传感器技术

超导量子干涉仪(Superconducting Quantum Interference Devices,简记为SQUID)是迄今为止灵敏度最高的磁场传感器,高温超导射频量子干涉仪(HTc rf SQUID)更以其良好的实用性而备受业界关注。将HTc rf SQUID技术引入到低频段通信中,可以有效解决目前低频段通信中收信天线设备笨重、灵敏度不高的问题。文中分析了超导技术发展现状和HTc rf SQUID技术原理,总结了该技术的特点和应用于低频段通信的优势,结合CSAMT试验方法验证了应用HTc rf SQUID进行低频段收信的可行性,提出了HTc rf SQUID实用化的技术途径。     

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。     

超导场效应器件的统一小信号传输线模型

本文提出了超导场效应器件的统一小信号模模型。建立这个模型的出发点是其于用有源分布的超导传输线对超导场效应器件的超导沟道区动态导纳进行模拟，经逐次沟道拟似，得到了既适用于超导表面场效器件又适用于超导ＰＮ结型或肖特基结型场效应器件（ＪＳｕＦＥＴｓ）或（ＭＥＳｕＦＥＴｓ）的统一小信号模型。