孙玉明

(烟台大学光电信息科学技术学院,山东 烟台 264005)

量子计算因其重要性,成为当前科学研究的重点[1]。量子计算的单元是量子位,量子位的构造基础是量子态可控的量子系统,比如光子的极化、原子或者原子核的自旋、约瑟夫森结等。基于约瑟夫森结的超导量子计算是一个主要研究方向[2-3]。 一个最简单的超导量子位由一个约瑟夫森结和一个门电容器构成。在2能级的1/2自旋近似下,它的量子态由偏移能和隧穿能决定[1],前者的控制参数是门电压,后者由约瑟夫森结临界电流决定。在直流驱动情况下量子位只有门电压一个控制参数,不是一个理想的量子位[2]。为了解决这个问题发展出了基于超导量子干涉器件(SQUID)的量子位,它引入新的控制参数是通过SQUID的磁通[4]。这个磁通实际上是赋予了临界电流一个可控的相位。这样的量子相位虽然是理想的,但受衬底低频电荷涨落和磁通涨落引起的噪音困扰[3,5]。本文从电磁场理论的角度设计1种门电容器,无需外部磁通就可以引进一个控制参数,而且有利于消除噪音。

电容器的电容可以定义为电极上积累的电量Q与电极间电压u的比值,C=Q/u,也可以用电容器存储的电场能量We和电压来定义,即We=Cu2/2。这2种方法是等价的,因为电极上电荷积累就是电场建立的过程,期间电荷克服电场力做的功转化为电场能量。这2种定义无论是静态还是时变情况下都成立,不过这并非意味着2种情况下的电容相同。静态情况下,只要已知电极上的电量或者电极间的电压,就可以唯一地确定电场的分布。……