基于約瑟夫森結(jié)參數(shù)放大器的超導(dǎo)量子比特態(tài)函數(shù)的精確測量的任務(wù)書

基于約瑟夫森結(jié)參數(shù)放大器的超導(dǎo)量子比特態(tài)函數(shù)的精確測量的任務(wù)書任務(wù)書背景介紹超導(dǎo)量子比特（SuperconductingQuantumBits，簡稱SQB）是一種重要的量子信息處理系統(tǒng)，其量子態(tài)的控制和測量對于實現(xiàn)量子計算和量子通信具有重要意義。SQB的量子態(tài)通常由電流、電荷和相位等基本物理量描述，這些基本物理量通常需要接口到經(jīng)典電子設(shè)備才能進行實際測量。約瑟夫森結(jié)參數(shù)放大器（JosephsonParametricAmplifier，簡稱JPA）是一種專門用于將微弱信號放大到實用水平的器件，已在量子信息處理中得到廣泛應(yīng)用。任務(wù)描述本任務(wù)旨在利用JPA放大器對SQB的量子態(tài)進行精確測量，并波特圖分析系統(tǒng)，對其測量精度、噪聲和線性特性進行研究。任務(wù)主要包括以下三個部分：1.系統(tǒng)設(shè)計和構(gòu)建設(shè)計并構(gòu)建一個基于JPA放大器的SQB量子態(tài)測量系統(tǒng)，其中包括SQB、JPA和其他必要的器件和電路。需要計算和優(yōu)化加入的器件型號、參數(shù)、布局等內(nèi)容。系統(tǒng)的運行需要利用超導(dǎo)電路、量子傳輸線和相關(guān)微納加工技術(shù)進行實現(xiàn)。2.精確測量對SQB的量子態(tài)進行精確測量，利用JPA放大器實現(xiàn)對信號的放大，接口到經(jīng)典電子設(shè)備進行實際測量。需要對精度、線性度、穩(wěn)定性等關(guān)鍵性能進行測試和優(yōu)化。測量結(jié)果需要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和分析，作出可靠的結(jié)論和評估。3.系統(tǒng)性能評估主要涉及系統(tǒng)的波特圖測試、增益、噪聲、壓縮度、線性度等關(guān)鍵性能指標的測試和分析。需要利用測試數(shù)據(jù)進行性能評估和比較，同時也需要對整個系統(tǒng)進行優(yōu)化和改進，實現(xiàn)更好的性能。預(yù)期成果本任務(wù)取得的成果主要包括以下幾個方面：1.基于JPA放大器的SQB量子態(tài)測量系統(tǒng)的設(shè)計和構(gòu)建2.對SQB的量子態(tài)進行精確測量，包括信號放大器、信號測量、數(shù)據(jù)處理和分析3.對系統(tǒng)的性能進行評估和比較，包括波特圖測試、增益、噪聲、壓縮度、線性度等關(guān)鍵性能指標的測試和分析4.針對實驗結(jié)果進行優(yōu)化和改進，提高系統(tǒng)性能成果要求1.設(shè)計并構(gòu)建JPA放大器測量系統(tǒng)，實現(xiàn)對SQB量子態(tài)的精確測量2.測量SQB量子態(tài)的性質(zhì)并進行數(shù)據(jù)分析3.對系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標進行測試和分析，并作出評估和比較4.提出改進措施，優(yōu)化系統(tǒng)的性能5.撰寫報告，明確實驗?zāi)康?、思路、實驗?shù)據(jù)和主要成果參考文獻[1]PaikH,YamamotoT,TakahashiH,etal.Asuperconductingquantumbitcircuitelectromagneticallycoupledtoaresonator[C]//IEEEConferenceonLasersandElectro-Optics.IEEE,2009:352-353.[2]BarendsR,KellyJ,CampbellB,etal.Superconductingquantumcircuitsatthesurfacecodethresholdforfaulttolerance[J].Nature,2014,508(7497):500-503.[3]ViolaL,LidarDA.Dynamicaldecouplinganderrorcorrectioninquantumcomputers[J].AppliedMathematicalSciences,2008,293(5539):2059-2063.[4]DevoretMH,SchoelkopfRJ.Amplifyingquantumsign