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铌基超导量子比特及辅助器件的制备 被引量:3
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作者 宿非凡 杨钊华 +3 位作者 赵寿宽 严海生 田野 赵士平 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期27-41,共15页
近年来超导量子计算的研究方兴未艾,随着谷歌宣布首次实现“量子优势”,这一领域的研究受到了人们进一步的广泛关注.超导量子比特是具有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等典型量子特性的宏观器件,通过电磁脉冲信号控制磁通量、电荷... 近年来超导量子计算的研究方兴未艾,随着谷歌宣布首次实现“量子优势”,这一领域的研究受到了人们进一步的广泛关注.超导量子比特是具有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等典型量子特性的宏观器件,通过电磁脉冲信号控制磁通量、电荷或具有非线性电感和无能量耗散的约瑟夫森结上的位相差,可对量子态进行精确调控,从而实现量子计算和量子信息处理.超导量子比特有着诸多方面的优势,很有希望成为普适量子计算的核心组成部分.以铌或其他硬金属(如钽等)为首层大面积材料制备的超导量子比特及辅助器件(简称铌基器件)拥有其独特的优点以及进一步发展的空间,目前已引起越来越多的兴趣.本文将介绍常见的多种超导量子比特的基本构成和工作原理,进而按照器件加工的一般顺序,从基片选择和预处理、薄膜生长、图形转移、刻蚀和约瑟夫森结的制备等方面详细介绍铌基超导量子比特及其辅助器件的多种制备工艺,为超导量子比特的制备提供一个可借鉴的清晰的工艺过程.最后,介绍若干制备铌基超导量子比特与辅助器件的具体例子,并对器件制备的工艺与方法的优化做展望. 展开更多
关键词 超导量子比特 器件制备 量子计算
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量子级联激光器生热的电路模型分析 被引量:1
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作者 宿非凡 纪幸辰 +3 位作者 姜仁志 王健 吕燕伍 段素青 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期418-423,共6页
过分析量子级联激光器(QCL)中各量子阱的生热及阱间的热流输运情况,得到它的热输运方程以此为基础类比电路理论建立了等效电路模型,利用计算软件分别进行理论与电路模拟,得到了它的生热特性并对可能影响其生热特性的一些因素进行了分析。
关键词 激光技术 量子级联激光器 电路模拟 热回路 有源区设计
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物理量串并联关系中的数学共性 被引量:5
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作者 宿非凡 王瑞峰 《大学物理实验》 2015年第1期27-28,共2页
从简单的物理模型中提炼出物理量串并联关系中的数学共性并加以推广、应用。使得在大学物理教学中物理量串并联的物理意义更加明显地被学生所接受。
关键词 物理量的串并联关系 电阻 电容 弹簧 热阻
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利用真空变温薄膜电阻实验仪测量热电材料特性参数 被引量:1
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作者 宿非凡 朱亚彬 纪幸辰 《物理与工程》 2013年第3期9-12,共4页
利用北京交通大学理学院自主开发的VTR10型真空变温薄膜电阻实验仪对热电材料的热电阻率进行了多次测量,并用该装置精确测定了热电材料的塞贝克系数,得到了热电材料的电阻率随温度变化的曲线和塞贝克系数随温度变化的曲线.
关键词 塞贝克效应 热电材料 塞贝克系数 电阻率 VTR10型真空变温薄膜电阻实验仪
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集成扭秤放大法测量薄膜的表面张力系数 被引量:2
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作者 宿非凡 姜仁志 朱亚彬 《物理实验》 2013年第1期4-7,共4页
根据能量守恒定律将薄膜表面张力系数的测量转化为几何量的测量.利用扭秤装置和光路放大测量微小长度,实现了对薄膜表面张力系数的间接测量.
关键词 表面张力系数 薄膜 扭秤 能量守恒定律
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全铌超导Josephson结的EWB仿真模型 被引量:2
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作者 宿非凡 王瑞峰 《大学物理实验》 2014年第3期27-31,共5页
通过超低温实验直接测量了制备的全铌Josephson结的电压源驱动RCSJ模型的I-V特性曲线。建立了Josephson结在电路仿真软件EWB中的模型,极大的方便了Josephson结及相关电路的仿真研究。利用这一新模型对Josephson结的基本特性进行了较为... 通过超低温实验直接测量了制备的全铌Josephson结的电压源驱动RCSJ模型的I-V特性曲线。建立了Josephson结在电路仿真软件EWB中的模型,极大的方便了Josephson结及相关电路的仿真研究。利用这一新模型对Josephson结的基本特性进行了较为系统的研究,包括RSJ模型和RCSJ模型的直流驱动I-V特性曲线。 展开更多
关键词 超导现象 全铌Josephson结 模型仿真 I-V特性曲线
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超导电路的量子化方法 被引量:4
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作者 宿非凡 《物理与工程》 2021年第3期13-15,21,共4页
超导量子计算是当下世界范围内被广泛关注的研究课题之一,近年来许多文献报道了利用超导量子比特对特定物理过程的研究和仿真,在新近的一些工作里其应用范围已经超出了物理学研究范围,在化学、信息学等领域也得到了很好的结果。超导量... 超导量子计算是当下世界范围内被广泛关注的研究课题之一,近年来许多文献报道了利用超导量子比特对特定物理过程的研究和仿真,在新近的一些工作里其应用范围已经超出了物理学研究范围,在化学、信息学等领域也得到了很好的结果。超导量子计算器件首先要对超导电路进行量子化。本文针对超导量子计算芯片(量子比特)中的超导电路总结了一套规范、实用的量子化方法,并以此方法对位相量子比特超导电路进行了量子化并给出了其哈密顿量。本文思路与方法对新型量子比特或其他超导电路的设计与研究也有一定帮助。 展开更多
关键词 超导量子比特 约瑟夫森结 量子化 位相量子比特
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约瑟夫森效应与超导量子电路的基本物理原理 被引量:2
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作者 宿非凡 杨钊华 《物理与工程》 2021年第5期28-33,共6页
超导电路器件是为数不多的具有量子化能级、叠加态和纠缠等量子特性的宏观器件。这种具有宏观量子特性的器件为实现超导量子计算与组建超导量子计算机打下了硬件基础,2019年谷歌和2021年我国中国科技大学相继实现“量子霸权(Quantum sup... 超导电路器件是为数不多的具有量子化能级、叠加态和纠缠等量子特性的宏观器件。这种具有宏观量子特性的器件为实现超导量子计算与组建超导量子计算机打下了硬件基础,2019年谷歌和2021年我国中国科技大学相继实现“量子霸权(Quantum supremacy)”极大地增加了人们在近期构建超导量子计算机的信心。了解超导量子计算有利于增加对物理学前沿发展方向的把握,对非物理专业的理工科背景读者开阔思路也有一定的好处。不同于经典的超导物理教材力图全面的特点,本文根据超导量子计算物理特征和理解超导量子计算的知识背景要求介绍超导量子电路的核心物理原理,力图化简计算推导难度,突出物理图景,以期对超导量子计算建立一个原理层面上的简洁物理图像。 展开更多
关键词 约瑟夫森效应 宏观量子效应 超导量子计算 超导量子电路
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超导量子比特谱 被引量:1
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作者 宿非凡 杨钊华 《物理与工程》 2021年第6期73-83,96,共12页
时间晶体的首次构造成功使人们意识到超导量子计算以其拥有的诸多优点在物理学前沿问题的研究应用上走在了其他量子计算方案的前面。作为“物理前沿介绍———超导量子计算”系列的第三篇,本文系统阐述多种超导量子比特的基本组成以及... 时间晶体的首次构造成功使人们意识到超导量子计算以其拥有的诸多优点在物理学前沿问题的研究应用上走在了其他量子计算方案的前面。作为“物理前沿介绍———超导量子计算”系列的第三篇,本文系统阐述多种超导量子比特的基本组成以及其物理特征,给出一个超导量子比特的“谱”并对新近发现的研究结论和新近提出的设计方案进行讨论,最后对超导量子比特全新设计进行展望并提出一种3D nSQUID设计设想。本文旨在帮助广大高校物理专业教师、高年级本科生、研究生以及对超导量子计算感兴趣的理工科背景读者系统了解不同的超导量子比特设计与特性,同时也有益于专业从事超导量子计算的专业科研人员开阔超导量子比特的设计思路。 展开更多
关键词 超导量子干涉仪 超导量子计算 超导量子比特 约瑟夫森结
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超导量子比特 被引量:4
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作者 宿非凡 杨钊华 +1 位作者 范桁 赵士平 《大学物理》 2021年第7期1-7,11,共8页
随着2019年谷歌成功实现了“量子优势”,超导量子计算的研究正引起人们更加广泛的关注.超导量子比特是拥有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等量子力学特性的宏观器件,目前被广泛应用于量子物理、原子物理、量子光学、量子化学、量... 随着2019年谷歌成功实现了“量子优势”,超导量子计算的研究正引起人们更加广泛的关注.超导量子比特是拥有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等量子力学特性的宏观器件,目前被广泛应用于量子物理、原子物理、量子光学、量子化学、量子模拟和量子计算等诸多领域中.本文将重点讨论位相、电荷、传输子以及磁通型超导量子比特的基本原理及其器件结构,并讨论器件的制备方法和量子态测量技术,最后对基于超导量子比特开展的物理问题的研究做一简单介绍. 展开更多
关键词 超导量子比特 制备工艺 测量技术 量子模拟 量子计算
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A-B效应中不可积相位因子的导出
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作者 宿非凡 《应用物理》 CAS 2020年第6期297-300,共4页
目前推导A-B效应中不可积相位因子的方法主要是从路径积分的角度,物理意义仍不十分突出。本文从量子力学中最基本的Schr&#246;dinger方程出发,简洁地导出了A-B效应中的不可积相位因子。从理论分析上得到了不可积相位因子的本质是微... 目前推导A-B效应中不可积相位因子的方法主要是从路径积分的角度,物理意义仍不十分突出。本文从量子力学中最基本的Schr&#246;dinger方程出发,简洁地导出了A-B效应中的不可积相位因子。从理论分析上得到了不可积相位因子的本质是微观客体的波粒二象性的结论。 展开更多
关键词 SchrO style=" margin-left:-10px ">¨ dinger方程 A-B效应 不可积相位因子 波粒二象性
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超导量子比特耦合与测控的物理原理
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作者 宿非凡 杨钊华 《物理与工程》 2022年第4期210-217,228,共9页
把多个超导量子比特耦合起来并实现对它们的测控是实现超导量子计算的重要一步。作为“物理前沿介绍——超导量子计算”系列的第四篇,本文系统阐述超导量子比特耦合,操控与测量的物理原理,并给出了一套基本的量子操控与测量的流程。作... 把多个超导量子比特耦合起来并实现对它们的测控是实现超导量子计算的重要一步。作为“物理前沿介绍——超导量子计算”系列的第四篇,本文系统阐述超导量子比特耦合,操控与测量的物理原理,并给出了一套基本的量子操控与测量的流程。作为例子对新近一些超导量子比特实验的设计方案进行讨论,最后对超导量子比特测控基础表征过程给出统一的流程图,并对超导量子计算进行了展望。本文旨在帮助广大高校物理专业教师、高年级本科生、研究生以及对超导量子计算感兴趣的理工科背景读者系统了解操控与测量超导量子比特的物理原理。 展开更多
关键词 超导量子比特 微波测控技术 量子比特表征
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基于最小作用量原理对经典力学规律的导出
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作者 宿非凡 《物理通报》 2019年第12期122-124,128,共4页
最小作用量原理从提出到发展渊源流长,它反映了人们对自然规律的普遍性和简单性的追求.从公元40年希腊工程师希罗(Hero)提出光的最短路程原理,到法国数学家费马(Fermat)修订为光的最短时间原理,再到法国数学家费莫培丢(Maupertuis)提出... 最小作用量原理从提出到发展渊源流长,它反映了人们对自然规律的普遍性和简单性的追求.从公元40年希腊工程师希罗(Hero)提出光的最短路程原理,到法国数学家费马(Fermat)修订为光的最短时间原理,再到法国数学家费莫培丢(Maupertuis)提出最小作用量原理,他认为这个最小作用量既不完全是运动物体的路径,又不完全是所消耗的时间,既应满足光学中的费马原理又满足牛顿力学.法国数学家达兰贝尔(D′Alembert)和拉格朗日(Lagrange)把最小作用量原理发展为动力学的普遍原理,而爱尔兰数学家、物理学家哈密顿(Hamilton)又把它发展到了巅峰,提出了等时最小作用量原理,即哈密顿原理.作为中学物理教师,了解最小作用量原理,有助于深刻体会物理学对自然界真与美的追求. 展开更多
关键词 作用量 最小作用量原理 运动方程 牛顿运动定律
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从沙堆到宇宙——一种物理学的新视角
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作者 宿非凡 任炜东 《物理通报》 2016年第1期127-129,共3页
以微观-宏观-巨观-微观为顺序,以生活中常见的沙堆为主线从量子力学中常见的一维可解势出发研究粒子在均匀的引力场中的情况,并从此得到启发回到经典物理范畴内,用Newton力学和统计物理的方法研究宏观的沙堆问题,最终由沙堆问题类... 以微观-宏观-巨观-微观为顺序,以生活中常见的沙堆为主线从量子力学中常见的一维可解势出发研究粒子在均匀的引力场中的情况,并从此得到启发回到经典物理范畴内,用Newton力学和统计物理的方法研究宏观的沙堆问题,最终由沙堆问题类比、延伸到整个宇宙的Standard Model理论和Higgs Boson理论,从沙堆到宇宙的分析表明,物理学绝对不是一块一块“量子化”的体系;而是存在高度内在联系、浑然一体的理论体系,俨然呈现出物理学整体的和谐之美. 展开更多
关键词 物理学 Newton力学 量子力学 统计力学
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张量概念的一种简单引入
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作者 李恩辉 宿非凡 《现代物理》 CAS 2019年第6期343-347,共5页
从数学上简单的施密特正交化出发,把物理上的坐标变换作为重点,既不失数学严谨又不失物理意义地简单引入张量的概念并对张量的运算做了一些介绍。旨在降低目前物理系高年级和研究生中张量教学的难度。
关键词 张量 施密特正交化 坐标系变换
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Superconducting phase qubits with shadow-evaporated Josephson junctions 被引量:4
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作者 宿非凡 刘伟洋 +7 位作者 徐晖凯 邓辉 李志远 田野 朱晓波 郑东宁 吕力 赵士平 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第6期61-65,共5页
We develop a fabrication process for the superconducting phase qubits in which Josephson junctions for both the qubit and superconducting quantum interference device(SQUID) detector are prepared by shadow evaporatio... We develop a fabrication process for the superconducting phase qubits in which Josephson junctions for both the qubit and superconducting quantum interference device(SQUID) detector are prepared by shadow evaporation with a suspended bridge. Al junctions with areas as small as 0.05 μm^2 are fabricated for the qubit, in which the number of the decoherencecausing two-level systems(TLS) residing in the tunnel barrier and proportional to the junction area are greatly reduced. The measured energy spectrum shows no avoided crossing arising from coherent TLS in the experimentally reachable flux bias range of the phase qubit, which demonstrates the energy relaxation time T1 and dephasing time Tφ on the order of 100 ns and 50 ns, respectively. We discuss several possible origins of decoherence from incoherent or weakly-coupled coherent TLS and further improvements of the qubit performance. 展开更多
关键词 superconducting phase qubit two-level system DECOHERENCE shadow evaporated junction
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Nb-based Josephson parametric amplifier for superconducting qubit measurement 被引量:2
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作者 宿非凡 王子婷 +5 位作者 徐晖凯 赵寿宽 严海生 杨钊华 田野 赵士平 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第11期109-113,共5页
We report a fabrication process and characterization of the Josephson parametric amplifier(JPA) for the single-shot quantum state measurement of superconducting multiqubit system. The device is prepared using Nb film ... We report a fabrication process and characterization of the Josephson parametric amplifier(JPA) for the single-shot quantum state measurement of superconducting multiqubit system. The device is prepared using Nb film as its base layer,which is convenient in the sample patterning process like e-beam lithography and film etching. Our results show that the JPA has a bandwidth up to 600 MHz with gain above 15 dB and noise temperature approaching the quantum limit. The qubit state differentiation measurements demonstrate the signal-to-noise ratio around 3 and the readout fidelity above 97%and 91% for the ground and first-excited states, respectively. 展开更多
关键词 SUPERCONDUCTING QUBIT JOSEPHSON PARAMETRIC AMPLIFIER device fabrication quantum nondemolition MEASUREMENT
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Fabrication and characterization of superconducting multiqubit device with niobium base layer 被引量:1
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作者 宿非凡 杨钊华 +5 位作者 赵寿宽 严海生 王子婷 宋小会 田野 赵士平 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第10期138-142,共5页
Superconducting transmon qubits are the leading platform in solid-state quantum computing and quantum simulation applications.In this work,we develop a fabrication process for the transmon multiqubit device with a nio... Superconducting transmon qubits are the leading platform in solid-state quantum computing and quantum simulation applications.In this work,we develop a fabrication process for the transmon multiqubit device with a niobium base layer,shadow-evaporated Josephson junctions,and airbridges across the qubit control lines to suppress crosstalk.Our results show that these multiqubit devices have well-characterized readout resonators,and that the energy relaxation and Ramsey(spin-echo)dephasing times are up to∼40µs and 14(47)µs,respectively.We perform single-qubit gate operations that demonstrate a maximum gate fidelity of 99.97%.In addition,two-qubit vacuum Rabi oscillations are measured to evaluate the coupling strength between qubits,and the crosstalk among qubits is found to be less than 1%with the fabricated airbridges.Further improvements in qubit coherence performance using this fabrication process are also discussed. 展开更多
关键词 superconducting quantum computing transmon qubit device fabrication CHARACTERIZATION
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Measuring Loschmidt echo via Floquet engineering in superconducting circuits
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作者 赵寿宽 葛自勇 +16 位作者 相忠诚 薛光明 严海生 王子婷 王战 徐晖凯 宿非凡 杨钊华 张贺 张煜然 郭学仪 许凯 田野 于海峰 郑东宁 范桁 赵士平 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第3期117-121,共5页
The Loschmidt echo is a useful diagnostic for the perfection of quantum time-reversal process and the sensitivity of quantum evolution to small perturbations. The main challenge for measuring the Loschmidt echo is the... The Loschmidt echo is a useful diagnostic for the perfection of quantum time-reversal process and the sensitivity of quantum evolution to small perturbations. The main challenge for measuring the Loschmidt echo is the time reversal of a quantum evolution. In this work, we demonstrate the measurement of the Loschmidt echo in a superconducting 10-qubit system using Floquet engineering and discuss the imperfection of an initial Bell-state recovery arising from the next-nearestneighbor(NNN) coupling present in the qubit device. Our results show that the Loschmidt echo is very sensitive to small perturbations during quantum-state evolution, in contrast to the quantities like qubit population that is often considered in the time-reversal experiment. These properties may be employed for the investigation of multiqubit system concerning many-body decoherence and entanglement, etc., especially when devices with reduced or vanishing NNN coupling are used. 展开更多
关键词 superconducting qubit quantum simulation Loschmidt echo Floquet engineering
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充装介质重心高度对铁路危货罐箱冲击试验的影响 被引量:1
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作者 曹菁 韩梅 +1 位作者 宿非凡 陈超 《长安大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S1期269-273,共5页
目前铁路危险货物罐式集装箱的结构强度冲击试验中,试验充装介质的重心高度与实际运输介质的重心高度一致性难以实现。针对上述问题,应用Lagrange方程建立冲击试验中罐式集装箱的力学模型,对其进行受力分析;并用ANSYS软件建立液化天然... 目前铁路危险货物罐式集装箱的结构强度冲击试验中,试验充装介质的重心高度与实际运输介质的重心高度一致性难以实现。针对上述问题,应用Lagrange方程建立冲击试验中罐式集装箱的力学模型,对其进行受力分析;并用ANSYS软件建立液化天然气罐式集装箱的仿真模型,设计3种充装工况,对不同充装重心高度下的仿真模型进行有限元计算,验证了力学分析结论。研究结果表明:冲击试验中罐式集装箱框架的应力分布及应力值与罐内充装货物的重心高度基本无关,仅与充装货物的重量有关。 展开更多
关键词 交通工程 铁路运输 罐式集装箱 重心高度 LAGRANGE方程 有限元计算
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