超導量子位元是什麼呢？
解析約瑟夫森節如何變成量子位元
在古典計算中，一系列古典位元以0或1兩個狀態來紀錄資訊，同樣的，量子位元也是利用不同的量子狀態來記錄資訊和計算。最簡單的量子能階概念即為量子簡諧震盪(Quantum Simple Harmonic Oscillator)。想要用電子電路來實踐簡諧震盪，最簡單的方式就是一個\(LC\)電路，由一個電感\(L\)與一個電容\(C\)組成，可以見下圖（a）。古典的簡諧震盪是連續的，但在量子世界裡能階簡諧震盪是不連續的，可以利用不同能階來記錄訊息，我們習慣以\( \ket{0} \)、\(\ket{1}\)、\(\ket{2}\)...或\( \ket{g} \)、\(\ket{e}\)、\(\ket{f}\)...代表不同能量的能階，可以參考下圖（b）。可以看到圖（b）每個能階的差距是相同的，都是\(\hbar \omega_r\)。然而當我們要操作量子位元則的時侯，會希望系統被限制在\( \ket{0} \)和\(\ket{1}\)之間作轉換就好，此時就需要非線性元件來區分\( \ket{0} \)和\(\ket{1}\)與其他不想要的能階。約瑟夫森節就是良好的非線性電感元件，如圖（c）。圖（d）可以看到能階差距發生變化，就可以利用能階不圖的特性，來操作量子位元。故最基本的超導量子位元即為一個超導電容與一個約瑟夫森節組成！
Ref: 10.1063/1.5089550
▲此圖也可以很明顯展示超導量子位元能階變化，第二激發態\(\ket{f}\)(或\(\ket{2}\))能量較低。
Ref: 10.1103/RevModPhys.93.025005
王培儒