宿非凡,杨钊华

• 1:合肥国家实验室
• 2:中国科学技术大学上海研究院
• 3:济南量子技术研究院
• 4:中国科学院物理研究所

摘要(Abstract)：

量子计算在全球范围内受到广泛的重视，近年来以潘建伟院士为代表的我国量子科学家在量子计算上取得了举世瞩目的进展。在本科物理课程体系中，适时引入超导量子计算理论，既可以作为本科物理课程体系中量子力学部分的有机补充和更新，也能让本科学生更早地接触超导量子计算原理及其潜在应用。本文在本科物理课程体系内尝试体现如约瑟夫森效应，宏观量子特性，超导量子比特操控等超导量子计算的基本原理，此外，还尝试了将约瑟夫森结室温电阻测量作为大学物理演示实验体现在大学物理课程中。这些尝试既有助于引导学生关注国家战略需求的最前沿方向，为其未来从事相关领域的研究和工作奠定基础，同时也对大学物理课程的思政建设有一定的借鉴意义。

关键词(KeyWords)： 超导量子计算;超导量子比特;约瑟夫森效应;宏观量子性;大学物理

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation):

作者(Author): 宿非凡,杨钊华

参考文献(References)：

• [1] ZHONG H S,DENG Y H,QING J,et al.Phase-programmable Gaussian Boson sampling using stimulated squeezed light[J].Phys.Rev.Lett.,2020,127:180502-180511.
• [2] GONG M,WANG S Y,ZHA C,et al.Quantum walks on a programmable two-dimensional 62-qubit superconducting processor[J].Science,2021,372:948-952.
• [3] ARUTE F,ARYA K,BABBUSH R,et al.Quantum supremacy using a programmable superconducting processor[J].Nature,2019,574:505-510.
• [4] 宿非凡，杨钊华，范桁，等.超导量子比特[J].大学物理，2021,40(7):1-7,11.SU F F,YANG Z H,FAN H,et al.Superconducting qubit[J].College Physics,2021,40:7-14.(in Chinese)
• [5] 程守洙.普通物理学(下册)[M].7版.北京：高等教育出版社，2016:214-277.
• [6] 曾谨言.量子力学(卷1)[M].5版.北京：科学出版社，2018:77-83,163-164.
• [7] JOSEPHSON B D.Possible new effects in superconductive tunnelling[J].Phys.Rev.Lett.,1962,1:251-253.
• [8] ANDERSON P W,ROWELL J M.Probable observation of the Josephson superconducting tunneling effect[J].Phys.Rev.Lett.,1963,10:230-232.
• [9] ROWELL J M.Image of the phonon spectrum in the tunneling characteristic between superconductors[J].Phys.Rev.Lett.,1963,11:334-336.
• [10] LANGENBERG D N,SCALAPINO D J,TAYLOR B N.Josephson-type superconducting tunnel junctions as generators of microwave and submillimeter wave radiation[J].Proc.IEEE,1966,54:560-575.
• [11] SHAPIRO S.Josephson currents in superconducting tunneling:the effect of microwaves and other observations[J].Phys.Rev.Lett.,1963,11:80-82.
• [12] JOSEPHSON B D.Supercurrents through barriers[J].Adv.Phys.,1965,14:419-451.
• [13] TINKHAM M.Introduction to superconductivity[M].New York:McGraw-Hill,1996:245-251.
• [14] 宿非凡，杨钊华，赵寿宽，等.铌基超导量子比特及辅助器件的制备[J].物理学报，2022,71(5):050303.SU F F,YANG Z H,Zhao S K,et al.Fabrication of superconducting qubits and auxiliary devices with niobium base layer[J].Acta Phys.Sin.,2022,71(5):050303.(in Chinese)
• [15] 张裕恒.超导物理[M].3版.合肥：中国科学技术大学出版社，2009:380-385.
• [16] CLARKE J,WILHELM F K.Superconducting quantum bits[J].Nature,2008,453:1031-1042.
• [17] SU F F,LIU W Y,XU H K,et al.Superconducting phase qubits with shadow-evaporated Josephson junctions[J].Chin.Phys.B,2017,26:060308.
• [18] 宿非凡.超导电路的量子化方法[J].物理与工程，2021,31(3):13-15,21.SU F F.The quantization method of superconducting circuit[J].Physics and Engineering,2021,31(3):13-15,21.(in Chinese)
• [19] AMBEGAOKAR V,BARATOFF A A.Tunneling between superconductors[J].Phys.Rev.Lett.,1963,10:486-490.