量子计算-超导国家重点室
国家重点实验室名单
中国教育和科研计算机网移动通信国家重点实验室东南大学工业心理学国家专业实验室浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江大学工业控制技术国家重点实验室浙江大学海岸和近海工程国家重点实验室大连理工大学爆炸灾害预防、控制国家重点实验室北京理工大学微米、纳米加工技术国家重点实验室北京大学基因工程教育部重点实验室中山大学晶体材料国家重点实验室山东大学先进材料教育部开放实验室清华大学应用有机化学重点实验室兰州大学制浆造纸工程国家重点实验室华南理工大学农业生物技术国家重点实验室中国农业大学东南大学分子与生物分子电子学重点实验室电力设备电气绝缘国家重点实验室西安交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海交通大学电子物理与器件国家专项实验室西安交通大学生物传感器技术国家专业实验室浙江大学硅材料国家重点实验室浙江大学二次资源化工国家专业实验室浙江大学金属基复合材料国家重点实验室上海交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安交通大学电力电子技术国家专业实验室浙江大学吉林大学超硬材料国家重点实验室作物遗传改良国家重点实验室大气环境模拟国家重点实验室北京大学晶体材料国家重点实验室山东大学阻燃材料研究重点学科点专业实验室北京理工大学植被生态科学教育部重点实验室东北师范大学东南大学吴健雄实验室、分子与生物分子电子学教育部重点实验室塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室华中科技大学新型电机国家专业实验室华中科技大学海洋工程国家重点实验室上海交通大学高纯硅及硅烷国家重点实验室浙江大学机械传动国家重点实验室重庆大学生物防治国家重点实验室中山大学新金属材料国家重点实验室北京科技大学作物遗传与特异种质创新教育部重点实验室南京农业大学超硬材料国家重点实验室吉林大学中国农业大学农业生物技术国家重点实验室海岸和近海工程国家重点实验室大连理工大学湍流与复杂系统研究国家重点实验室北京大学薄膜与微细技术教育部重点实验室上海交通大学聚合反应工程国家重点实验室浙江大学信号采集与处理重点学科点专业实验室北京理工大学机器视觉听觉信息处理国家重点实验室北京大学暴雨监测与预测国家重点实验室北京大学煤燃烧国家重点实验室华中科技大学光电技术及系统开放实验室重庆大学汽车动力性及排放测试重点学科点专业实验室北京理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉理工大学卫生部抗感染药物临床药理基地北京大学聚合物成型加工工程教育部重点实验室华南理工大学机械学及机器人机构重点实验室北京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室南京航空航天大学一碳化学与化工国家重点实验室复旦大学应用表面物理国家重点实验室医学免疫学卫生部重点实验室北京大学电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室清华大学摩擦学国家重点实验室清华大学单原子分子测控教育部重点实验室清华大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安交通大学生物力学与组织工程教育部重点实验室重庆大学复旦大学应用表面物理国家重点实验室山东大学晶体材料国家重点实验室卫生部精神卫生重点实验室北京大学结构工程与振动教育部重点实验室清华大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室东北大学振动、冲击、噪声国家重点实验室上海交通大学颜色科学与工程国家重点学科点专业实验室北京理工大学生育健康部级重点实验室北京大学肾脏疾病卫生部重点实验室北京大学凝固技术国家重点实验室西北工业大学高速水力学国家重点实验室四川大学中国科学院学部中国科学院黄土与第四纪地质国家重点实验室计算机辅助设计与图形学国家重点实验室浙江大学曲阜师范大学激光研究所中国科学院西安精密机械研究所中国科学院大连化学物理研究所燃料电池工程中心重庆大学机械传动国家重点实验室“油气藏地质与开发工程”国家重点实验室固体微结构物理国家重点实验室清华大学计算机硬件实验室金属材料强度国家重点实验室精细功能电子材料与器件国家专业实验室湍流研究国家重点实验室中国科技大学快电子学实验室雷达信号处理国家重点实验室超快速激光光谱学国家重点实验室中国科学院陕西天文台中国科学院西双版纳热带植物园中国科学院西安分院中国科学院长沙农业现代化研究所中科院昆明动物研究所中国科学院地理研究所中国科学院发育生物学研究所中国科学院成都图书馆成都文献情报中心中国科学院长沙大地构造研究所中国科学院发育生物学研究所植物发育分子生物学研究室中国科学院海北高寒草甸生态系统实验站中科院数字地图制作与服务中心中国科学院地球化学研究所流体传动及控制国家重点实验室浙江大学超硬材料国家重点实验室蛋白质工程及植物基因工程国家重点实验室配位化学国家重点实验室有机地球化学国家重点实验室中国科大量子通信与量子计算开放实验室内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室近代声学国家重点实验室分子动态及稳定态结构国家重点实验室清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室机械制造系统工程国家重点实验室机械结构强度与振动国家重点实验室西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安交通大学STATE KEY LABORATORY OF SOLIDIFICATION PROCESSING兰州大学干旱农业生态国家重点实验室天然药物及仿生药物国家重点实验室北京大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室西南交通大学牵引动力国家重点实验室中尺度灾害性天气国家专业实验室南京大学污染控制与资源化研究国家重点实验室南京大学海岸与海岛开发国家专业试点实验室南京大学软件工程国家重点实验室武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉大学信息光学教育部重点实验室北京理工大学超快速激光光谱学国家重点实验室中山大学胶体与界面化学教育部重点实验室山东大学南京大学固体微结构国家重点实验室南京大学固体微结构物理国家重点实验室农业部茶叶生物技术重点开放实验室中国科学院半导体研究所农业部茶叶生物技术重点开放实验室理论化学计算国家重点实验室。
超导 量子计算
超导量子计算超导量子计算是一种利用超导体材料来进行量子计算的新兴领域。
随着科技的不断发展，人们对于超导量子计算的研究也越来越深入。
本文将从超导量子计算的基本原理、应用前景以及现阶段的挑战等方面进行探讨。
超导量子计算的基本原理是利用超导体的特殊性质来实现量子比特的存储和操作。
超导体是指在低温下电阻为零的材料，它们能够表现出超导态，即电流可以在其中无阻力地流动。
这种无阻力的电流被称为超流。
超导体材料中的电子可以形成一种称为库伯对的配对态，这种配对态可以用来表示量子比特。
量子比特不同于经典比特，它可以同时处于0和1两种状态，这种特性被称为叠加态。
通过对量子比特的叠加态进行操作，可以实现并行计算，从而大大提高计算效率。
超导量子计算的应用前景非常广阔。
首先，超导量子计算可以在密码学领域发挥重要作用。
量子计算的特殊性质使得它具有破解传统加密算法的能力，因此可以用于研发更加安全的加密技术。
其次，超导量子计算还可以在材料科学和化学领域进行模拟计算。
许多复杂的材料和化学反应很难用传统计算方法进行模拟，而量子计算可以提供更加准确的模拟结果。
此外，超导量子计算还可以在优化问题和机器学习等领域发挥重要作用。
然而，超导量子计算目前还面临许多挑战。
首先，超导量子比特的制备和操作非常困难。
超导体材料需要低温环境才能表现出超导态，而低温环境对设备和实验条件提出了很高的要求。
其次，超导量子计算需要处理大量的噪声和误差。
由于量子比特的叠加态非常脆弱，很容易受到外界干扰而失去叠加态，这就导致了计算的错误。
此外，超导量子计算的规模还比较有限，目前只能实现少量量子比特的计算。
为了克服这些挑战，科研人员正在努力寻找更加稳定的超导体材料和更高效的量子比特操作方法。
同时，他们还在研究如何有效地纠正计算中产生的错误，以提高计算的可靠性。
此外，还有一些研究者致力于开发新的量子计算架构和算法，以进一步提高超导量子计算的性能。
总的来说，超导量子计算是一项非常有前景的研究领域，它有望在未来的科学和技术发展中发挥重要作用。
量子计算国内外发展现状
量子计算国内外发展现状1、量子计算简介2020年10月16日，中共中央政治局就量子科技研究和应用前景举行第二十四次集体学习。
习近平总书记发表重要讲话，为当前和今后一个时期我国量子科技发展做出重要战略谋划和系统布局。
以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术作为量子科技领域的重要组成部分,将为推动基础科学研究探索、信息通信技术演进和数字经济产业发展注入新功能。
量子计算是量子力学与计算机科学相结合的一种通过遵循量子力学规律、调控量子信息单元来进行计算的新型计算方式。
它以量子比特为基本单元,具有量子叠加、纠缠的特性。
并且，通过量子态的受控演化，量子计算能够实现信息编码和计算存储,具有经典计算技术无法比拟的巨大信息携带量和超强并行计算处理能力。
2、量子计算相关政策2.1国际量子计算相关政策（1）美国2016年，美国国家科学和技术委员会（NSTC）公布《推进量子信息科学：国家挑战与机遇》。
2020年8月，美国白宫科技政策办公室、美国国家科学基金会（NSF）和美国能源部共同宣布将在未来五年内建立12个多学科、多部门的国家中心，其中包含5个量子信息科学中心（图1）。
2021年美国白宫公布了《国家安全战略中期指导方针》，指出量子计算机和1人工智能会给经济、军事、就业、经济差距问题带来广泛影响。
同时，美国公布了《人工智能与量子信息科学研发摘要：2020-2021财年》,美国在人工智能和量子信息科学领域的预算增加了30%o•研究主体：阿贡国家实验室•嘛茂定位：科学创新，建立量子智能员工队伍，创建量子标准,图1.美国建立的五个量而言息科学中心简介(2)欧洲欧盟2016年推出"量子宣言〃旗舰计划，将在未来十年投资10亿欧元,支持量子计算、通信、模拟和传感四大领域的研究和应用推广。
2019年7月欧盟10国签署量子通信基础设施(QQ)声明，探讨未来十年在欧洲范围内将量子技术和系统整合到传统通信基础设施之中。
量子计算机
量子计算机量子计算机处理器量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。
当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。
量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。
研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。
量子计算机量子计算机，早先由理查德·费曼提出，一开始是从物理现象的模拟而来的。
可他发现当模拟量子现象时，因为庞大的希尔伯特空间使资料量也变得庞大，一个完好的模拟所需的运算时间变得相当可观，甚至是不切实际的天文数字。
理查德·费曼当时就想到，如果用量子系统构成的计算机来模拟量子现象，则运算时间可大幅度减少。
量子计算机的概念从此诞生。
2量子计算机，或推而广之——量子资讯科学，在1980年代多处于理论推导等纸上谈兵状态。
一直到1994年彼得·秀尔（Peter Shor）提出量子质因子分解算法后，因其对于现在通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以破解而构成威胁之后，量子计算机变成了热门的话题。
除了理论之外，也有不少学者着力于利用各种量子系统来实现量子计算机。
半导体靠控制集成电路来记录和运算信息，量子电脑则希望控制原子或小分子的状态，记录和运算信息。
图2：布洛赫球面乃一种对于二阶量子系统之纯态空间的几何表示法，是建立量子计算机的基础。
20世纪60年代至70年代，人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。
研究发现，能耗来源于计算过程中的不可逆操作。
那么，是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢？问题的答案是：所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机，而且不影响运算能力。
既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作，那么在量子力学中，它就可以用一个幺正变换来表示。
早期量子计算机，实际上是用量子力学语言描述的经典计算机，并没有用到量子力学的本质特性，如量子态的叠加性和相干性。
国家重点研发计划量子调控与量子信息重点专项2016年
中山大学
王雪华
*
14
2016YFA0301400
基于光场的混合型量子通信网络研究
山西大学
王海
2826.00
5
15
2016YFA0301500
基于人造规范势与光晶格中超冷原子气体的量子模拟
中国科学院物理研究所
刘伍明
*
16
2016YFA0301600
基于超冷原子气体的量子模拟
北京大学
王恩哥
*
10
2016YFA0301000
二维新型量子体系的设计、调控和原型器件探索
清华大学
段文晖
*
11
2016YFA0301100
新型人工带隙材料和器件
同济大学
陈鸿
3534.00
5
12
2016YFA0301ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ00
高品质腔与固体量子态的耦合及其量子调控
北京计算科学研究中心
游建强
*
13
2016YFA0301300
基于原子与光子相干与关联操控的量子精密测量
上海交通大学
张卫平
3821.00
5
21
2016YFA0302100
量子关联精密测量及其在量子频标、守时授时系统中的重要应用
清华大学
王力军
*
22
2016YFA0302200
原子阱单原子灵敏检测
中国科学技术大学
卢征天
*
23
2016YFA0302300
4d、5d族过渡金属氧化物薄膜量子有序态的多场调控
复旦大学
封东来
*
3
2016YFA0300300
获国家级奖的QC成果
获国家级奖的QC成果引言量子计算（Quantum Computing）是一种利用量子力学原理来进行信息处理和计算的新型计算模型，具有在某些问题上能够实现比传统计算机更快速和更高效的优势。
量子计算作为一项前沿技术，吸引了全球范围内的科学家和研究机构的关注。
在我国，也有一些科研机构和学者专注于量子计算的研究，并取得了一些重要的成果。
其中，一些成果甚至获得了国家级奖励，对于推动我国在量子计算领域的发展起到了重要的推动作用。
本文将介绍一些获得国家级奖的QC （Quantum Computing）成果。
背景量子计算是基于量子力学原理的计算理论和技术，相较于传统计算机的二进制位，量子计算机使用的是量子位（Qubit），可以同时处于多种可能状态，从而可以并行执行一些计算任务，从而提升计算效率。
量子计算的发展受到了许多挑战，如量子比特的稳定性、量子纠缠的保持等，但在过去的几十年间，科学家们在这一领域取得了许多重要的突破。
获得国家级奖的QC成果成果一：量子计算模拟器该成果是由某某大学的量子计算团队研发的一款量子计算模拟器，该模拟器能够模拟包括量子纠缠和量子随机游走等复杂的量子计算过程。
通过使用该模拟器，研究人员能够更好地理解量子计算的原理和特性，为进一步的研究提供了重要的工具。
这个成果在国内外学术界产生了广泛的影响和应用，获得了国家自然科学奖。
成果二：量子计算机双重拓扑保护该成果是由某某研究所的科学家团队研发的一种新型的量子计算机拓扑结构，通过在物理上实现双重拓扑保护，可以有效地减少量子比特的错误率，提高量子计算机的稳定性和可靠性。
这项成果在国际上属于前沿水平，在国家科技进步奖中获得了特等奖，对于我国在量子计算领域的发展具有重要意义。
成果三：量子优化算法该成果是由某某大学的研究团队研发的一种新型的量子优化算法，能够针对一些复杂的优化问题，在更短的时间内找到最优解。
该算法通过充分利用量子计算机的并行计算能力，具有较好的效果和应用前景。
国家超导专家委员会首席科学家国家超导实验室学术委员会主任国务院学位委员会物理学科组成员北京大学固
会 上发 言 时 的情景 。
甘 子 钊 男 ， 汉 族 ， ｌ ３ 年４ 出 生 ，广 东 茂 名 信 ９８ 月
谊 人 ， 著 名 科 学 家 。 １５ 年 毕 业 于 北 京 大 学 物 理 系 ， ９９
１ ６ 年 １ 北 京 大 学 物 理 系 研 究 生 毕 业 ， 留 校 任 教 至 ９３ 月
今 。１ ７ 年 以 来 ， 曾在 美 国 普 林 斯 顿 大 学 工 作 一 年 。 ９９
１ ８ 年 被 授 予 “围 家 级 有 突 出 贡 献 中 青 年 专 家 ” 称 ９４ 号 。１ ９ 年 当 选 为 中 国科 学 院 院 士 。现 任 北 京 大 学 物 ９１
理 系 教 授 ， 博 士 生 导 师 ， 物 理 系 主 任 ， 全 国 政 协 委 员 、北 京 大 学 固 体 物 理 研 究 所 所 长 ， 北 京 现 代 物 理 研 究 中心 副 主 任 、 国 家 超 导 专 家 委 员 会 首 席 科 学 家 ， 国 家 超 导 实 验 室 学 术 委 员 会 主 任 ，人 工 微 结 构 和 介 观 物 理实验 室主 任 、国务 院学位委 员会物 理学 科组成 员 ， 中 国 物 理 学 会 学 术 交 流 委 员 会 副 主 任 、 中 国 材 料 科 学 学会 常务 理事 。
中 国科 学
、
甘 子 钊 院 士 认 为 ， 基 础 科 学 研 究 对 我 国 整 个 科 学 技 术 的 作 用 是 非 常 重 要 的 ， 和 发 达 国 家 相 比 ， 我 国 还 有 很 大 的 差 距 ， 特 别 是 在 一 些 有 重 大长 远战 略意 义 的领 域 更 是如 此 。对 此 ，甘 子 钊院 士 特别 关 注 ，他 曾 在 各 种 场 合 发 表 自 己 的 见 解 。 图 为 他 在 加 强 我 国 基 础 科 学 研 究 座 谈
“量子调控与量子信息”重点专项
“量⼦调控与量⼦信息”重点专项“量⼦调控与量⼦信息”重点专项2018年度项⽬申报指南“量⼦调控与量⼦信息”重点专项的总体⽬标是瞄准我国未来信息技术和社会发展的重⼤需求，围绕量⼦调控与量⼦信息领域的重⼤科学问题和瓶颈技术，开展基础性、战略性和前瞻性探索研究和关键技术攻关，产⽣⼀批原创性的具有重要意义和重要国际影响的研究成果，并在若⼲⽅⾯将研究成果转化为可预期的具有市场价值的产品，为我国在未来的国际战略竞争中抢占核⼼技术的制⾼点打下坚实基础。
本专项⿎励和倡导原始创新，并积极推动应⽤研究，⼒争在新原理原型器件等⽅⾯取得突破，向功能化集成和实⽤化⽅向推进。
量⼦调控研究的⽬标是认识和了解量⼦世界的基本现象和规律，通过开发新材料、构筑新结构、发现新物态以及施加外场等⼿段对量⼦过程进⾏调控和开发，在关联电⼦体系、⼩量⼦体系、⼈⼯带隙体系等重要研究⽅向上建⽴突破经典调控极限的全新量⼦调控技术。
量⼦信息研究的⽬标是在量⼦通信的核⼼技术、材料、器件、⼯艺等⽅⾯突破⼀系列关键瓶颈，初步具备构建空地⼀体⼴域量⼦通信⽹络的能⼒，实现量⼦相⼲和量⼦纠缠的长时间保持和⾼精度操纵，实现可扩展的量⼦信息处理，并应⽤于⼤尺度的量⼦计算和量⼦模拟以及量⼦精密测量。
“量⼦调控与量⼦信息”重点专项将部署6个⽅⾯的研究任务：1.关联电⼦体系；2.⼩量⼦体系；3.⼈⼯带隙体系；4.量⼦通信；5.量⼦计算与模拟；6.量⼦精密测量。
2016-2017年，量⼦调控与量⼦信息重点专项围绕以上主要任务，共⽴项⽀持55个研究项⽬（其中青年科学家项⽬16项）。
根据专项实施⽅案和“⼗三五”期间有关部署，2018年，量⼦调控与量⼦信息重点专项将围绕关联电⼦体系、⼩量⼦体系、⼈⼯带隙体系、量⼦通信、量⼦计算与模拟以及量⼦精密测量等⽅⾯继续部署项⽬，拟优先⽀持12个研究⽅向，同⼀指南⽅向下，原则上只⽀持1项，仅在申报项⽬评审结果相近，技术路线明显不同，可同时⽀持2项，并建⽴动态调整机制，根据中期评估结果，再择优继续⽀持。
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k
CkVk2
U EJ (1 cos)
H
2
z
2
x
EC
EJ
• 材料Al，斜蒸法 • 加工尺寸 5005015nm
超导量子比特加工
Nb Al Nb Si
DC SQUID PC qubit
5m
早期主要是研究量子相干
Nature 1999, 电荷比特的量子相干振荡： 1)样品尺寸足够小: 15 nm 2)新的快速调控和测量方法。30-40 ps
0
I
V & 0&, 0
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N 1
运动方程
H p&
p2 2C
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1
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1
物理所, 2011/9/23, 北京
基于超导量子比特量子计算
于扬
南京大学物理系 固体微结构国家实验室
提要
1. 量子比特和量子计算 2. 基于超导量子器件的量子比特 3. 目前发展状况和前景
Moore定律的挑战迫切呼唤新的信息技术
最小CMOS尺寸只有30nm， 栅氧厚度3个原子层。
量子调控技术深入到单量子态层次
磁通型单量子比特
Science 2003, 磁通比特量子相干振荡： 1)量子比特设计加工得更小,测量耦合加强。
当代重要突破-单量子比特的量子相干振荡
Nature 1999
量子相干振荡： 1)定义量子比特, 2)初始化单量子比特, 3)单量子比特操控, 4)量子比特的测量.
超导磁通量子比特
ex LI L(Is V / R CdV / dt)
C
d 2 U
C
dt 2
U
EJ
cos
2
0
(ex )2 2L
U
0
1
H
2
z
2
x
x = 0/2
容易受磁场起伏影响，导致退 相干。可以工作在位相模式
• 三层法、斜蒸法 • 加工尺寸 5到0.5m
超导电荷量子比特
T 1
电荷相位型单量子比特
Science 2002, 电荷－磁通比特量子相干振荡： 1)改进了超导量子比特的设计,使它对电荷和磁场的起伏都不敏感。
2)Ｑ＝Ｔ／Ｔg 达到 20000。
相位型单量子比特
100 m
Science 2002,
位相比特量子相干振荡： 1)设计的改进：采用大的约瑟夫森结，电荷和磁场的起伏都 不敏感，足够的LC隔离。 2)新的时序测量方法。
1 (0 1)
0
H2
0
00
1 (0 1) 0 2
1 (0 0 1 1) 2
1 ( 00 11 ) 2
➢ 初始化，经过一系列逻辑门（调控），到末态（Bell态） ➢ 单比特门，两比特门，需要时耦合，不需要时自由演化
量子计算
➢利用了量子态的叠加性。
一比特
二比特
三比特
经典 量子
0 a1 0 a2 1
量子信息正是挑战和发展的交汇。 ➢在基础理论上，研究量子理论在各方面的拓展和应用。 ➢实现量子通讯、模拟、计算，具有巨大潜在应用前景。
研
究 量子通讯
进 度
量子模拟
量子计算
1
10
100
1000
量子比特(bit)数目
经典和量子比特（抽象）
一个两态系统，两个状态分别标记为0和1。 数字信息处理，比特在某一时刻状态可能是0或者1
01 a1 00 a2 01 a3 10 a4 11
001 a1 000 a2 001 a3 010 a4 100 a5 011 a6 101 a7 110 a8 111
➢ 是内在的并行计算。 x f (x) x a1 0 a2 1 f (x) a1 f (0) a2 f (1)
Is Ic sin
d 2eV
dt h
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1
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t
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EJ
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cos )
EC
e2 2C
超导电路量子化
I
C
T 1 CV 2
Ic ,
2
2
U UJ I EJ 1 cos
➢ 在算法上远远优于经典计算机。
量子纠错
量子比特有些类似于模拟信息处理，受外 界干扰会退相干，出错率很高，因此必须 定期进行纠错，才能保证最后结果正确。
退相干分为能量驰豫和位相驰豫。
T1
T2
1 1 1
2T1 T2
量子纠错理论指出，为了能实现可以纠错 的量子计算，量子系统相干时间至少必须 大于逻辑门时间的一万倍。
量子比特的物理实现
各种量子比特比较
光子
1Å 核自旋
1nm
离子、原子
尺
寸
介 观
10nm
量子点
量
增 加 ， 耦 合 容 易
退 相 干 时 间 增 加
子
比
特
1μm 超导量子比特
超导量子比特是固态人工原子
1 : 100 GHZ
LC
超导约瑟夫森隧道结
超导体 超导体
n ei1 (t) s
n ei2 (t ) s
cos
2
0
i
2
0
运动方程
d dt
&
0
C&& U
超导相位量子比特
H
h01
2
z
h
201C
I
x
z
1
普通接线
0
C / Re[Y ( f )] Q / 01
R 100 C 51012
01 51010
0.5 ns
Q 25
要达到
10s
Q 500000 R 2M
• 三层法 • 加工尺寸 1010m
1 0 Z 0 1 ,
H
1 1 2 1
1 1
两比特门： 4乘4酉矩阵，有无穷多种。常用： CNOT
1 0 0 0
0 1 0 0 A
0 0 0 1 0 0 1 0 B
00 00 01 01 10 11 11 10
单比特门和CNOT是通用 门（Universal）， 可以构成任意门
量子线路（抽象）
量子比特在某一时刻状态
a1 0 a2 1
有些类似于模拟信息处理
经典和量子逻辑门（抽象）
经典逻辑门：单比特门： 非 两比特门： 和，与，和非，与非， 异或
和非门是通用门（Universal），可以构成任意门
量子逻辑门：单比特门： 2乘2酉矩阵，有无穷多种 常用： X，Y，Z，H
0 1 X 1 0 ,
量子比特的操控（二能级系统）
01
拉比（Rabi）振荡
01
量子比特的基本条件
0) 具有很好定义的量子比特 1) 能对量子比特进行初始化 (输入) 2) 能进行单量子门和双量子门操作 (计算) 3) 能对量子比特进行测量 (输出)
4) 足够长的相干时间，大于104量子门操作时间 5) 可以规模化
这些要求互相矛盾。因此选 择物理体系来制作量子计算 机要兼顾各种要求。