1樓：蓮子醬-閃耀的星之光
量子計算是利用量子力學（例如疊加和糾纏）進行計算的學科。量子電路基於「量子位元」，類似於經典計算中的位元，但可以處於0和1的疊加狀態。
乙個典型的0和1的疊加態
由電容器和電感器組成的量子諧波振盪器，儘管具有多個量子態，但由於等距的能級間距，其本身不能作為量子位元來工作。
量子諧波振盪器及其能級示意圖
這時候，乙個非線性元件的引入則解決了這一問題——約瑟夫森結（就好像神經網路裡的ReLU函式也引入了非線性一樣！）。
約瑟夫森結的I-V特性
約瑟夫森結由兩個通過絕緣體連線的超導體組成，由於量子隧穿效應，可以維持超電流而無需任何電壓。
約瑟夫森結的示意圖
X表示約瑟夫森結的電路元件符號，和電容併聯則在外面加上方框
由於約瑟夫森結的引入，電路勢場變得非簡諧，能級間距不再相等。
加入約瑟夫森結後的能級示意圖
超導量子位元的兩種基本型別：一種基於電荷（叫做庫珀對盒），另一種基於磁通量。Transmon量子位元由庫珀對盒加上電容分流得到，對電荷基本上不敏感，從而提高了可重複性和相干時間。
Transmon量子位元
磁通量子位元：基於磁通量的量子位元，其狀態分別對應於順時針和逆時針電流，同樣也可以通過電容分流，以提高重現性和相干時間。
為了實現量子計算，需要對量子位元實行門運算，門運算可以通過乙個矩陣表示，如下圖所示。
典型的門運算
實現單量子位元門運算操作的主要技術是通過微波輻射。 它驅動量子位元進入拉比振盪， 然後使用驅動器的相位和幅度控制來執行任意旋轉，來實現門操作的目的。
拉比振盪示意圖，其中處於單個0或1態的概率隨時間振盪
量子位元的讀出通常使用耗散讀出來完成，通過讓量子位元與線性讀出諧振器中具有一定頻率的光子糾纏在一起實現。
參考文獻
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