科普介紹

以超導為基礎的量子位元可以區分為兩大類：

• 以超導電路為基礎，採用約瑟夫森節，有時候稱為人造原子（Artificial Atom），單一Qubit尺寸為約為微米\( \left( \mu m \right) \)等級。本文討論即為此類的Qubit。
• 拓墣量子位元，採用超導體為基底，表面放置奈米線，因為鄰近效應的關係，奈米線會被底層的超導體影響成超導性。施加磁場破壞時間反演對稱性，奈米線兩端會形成特殊的Majorana State。未來會有機會討論\(^a\)。

\(^a\)10.1038/s41586-022-05585-1
以約瑟夫森節構成的超導電路，可以參考下圖呈現不同名稱的超導Qubit:

A區表示組成一個Qubit最基本的單元，箭頭為概念的延伸方向，我自己會分為四大類：

• Type A: A1，以單一約瑟夫森節JJ作為量子位元，為較早期的Qubit設計。
• Type B: A2~A8，以電容並聯(C-shunt)一個JJ為基礎。後期為了更進一步增加Qubit的相干時間，朝向並聯大電感、縮小電容，來減緩雜訊的影響。
• Type C: A9~A10，此類Qubit針對其中一側的JJ性質做變化\(^{j}\)，使得其基態相位差不為0。實現的方式可以利用較複雜的電路設計\(^{a,b,c}\)、或是將絕緣層替換為磁性材料\(^{d,i}\)、或是採用s-wave搭配d-wave的異質JJ\(^{g,h}\)。
• Type Hybrid: A11，這類是以超導位元結合自旋量子點（Spin Quantum Dot, Spin QD）的複合\(^{k}\)。此外可以與超流氦形成複合Qubit\(^{e,f}\)、離子井等，可以參考\(^l\)。

\(^a\)10.1038/s41534-019-0231-2
\(^b\)10.1088/1367-2630/aab7cd
\(^c\)10.1088/1367-2630/ab09b0
\(^d\)10.1038/s43246-024-00659-1
\(^e\)10.1103/PhysRevA.101.012336
\(^f\)10.1038/s41467-019-13335-7
\(^g\)10.1109/TASC.2019.2892078
\(^h\)10.1088/1361-6668/ab7053
\(^i\)10.1103/PhysRevApplied.8.054028
\(^j\)10.1088/0953-2048/21/3/034011
\(^k\)10.1038/s41567-023-02071-x
\(^l\)arXiv: 1204.2137
(A8) https://www.ntt-review.jp/archive/ntttechnical.php?contents=ntr201209fa2.html

B區為Type A Qubit搭配控制電路，利用不同控制電路的方式，有不同的名稱，可以參考<早年超導量子位元的種類> 。
C區為Type B Qubit搭配控制電路的範例。