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Development of 0.5-V Josephson junction array devices for quantum voltage standards
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作者 王兰若 李劲劲 +2 位作者 曹文会 钟源 张钟华 《中国物理B:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第6期453-457,共5页
The design, fabrication, and the characterization of a 0.5-V Josephson junction array device are presented for the quantum voltage standards in the National Institute of Metrology(NIM) of China. The device consists of... The design, fabrication, and the characterization of a 0.5-V Josephson junction array device are presented for the quantum voltage standards in the National Institute of Metrology(NIM) of China. The device consists of four junction arrays, each of which has 1200 3-stacked Nb/NbxSi1-x/Nb junctions and an on-chip superconducting microwave circuit which is mainly a power divider enabling each Josephson array being loaded with an equal amount of microwave power. A direct current(dc) quantum voltage of about 0.5 V with a ~1-mA current margin of the 1 st quantum voltage step is obtained.To further prove the quality of NIM device, a comparison between the NIM device with the National Institute of Standards and Technology(NIST) programmable Josephson voltage standard(PJVS) system device is conducted. The difference of the reproduced 0.5-V quantum voltage between the two devices is about 0.55 nV, which indicates good agreement between the two devices. With the homemade device, we have realized a precise and applicable 0.5-V applicable-level quantum voltage. 展开更多
关键词 JOSEPHSON VOLTAGE standards JOSEPHSON JUNCTION superconducting-normal metal–superconducting(SNS) JUNCTION QUANTUM device
基于约瑟夫森结的微波QUBIT 预览
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作者 段可欣 《中国电子科学研究院学报》 北大核心 2019年第5期497-501,共5页
约瑟夫森结是一种对磁通高度敏感的电子元器件。约瑟夫森结加上适当的辅助电路可构成许多测量器件。本文对约瑟夫森结的特性和由其构成的微波QUBIT的种类及性质进行了阐述,对于在微波量子探测领域的应用方案进行了初步的设想。
关键词 约瑟夫森效应 约瑟夫森结 超导QUBIT
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Probing the minigap in topological insulator-based Josephson junctions under radio frequency irradiation
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作者 杨光 吕昭征 +2 位作者 张祥 屈凡明 吕力 《中国物理B:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第12期52-55,共4页
Recently,a contact-resistance-measurement method was developed to detect the minigap,hence the Andreev bound states(ABSs),in Josephson junctions constructed on the surface of three-dimensional topological insulators(3... Recently,a contact-resistance-measurement method was developed to detect the minigap,hence the Andreev bound states(ABSs),in Josephson junctions constructed on the surface of three-dimensional topological insulators(3D TIs).In this work,we further generalize that method to the circumstance with radio frequency(rf)irradiation.We find that with the increase of the rf power,the measured minigap becomes broadened and extends to higher energies in a way similar to the rf power dependence of the outer border of the Shapiro step region.We show that the corresponding data of contact resistance under rf irradiation can be well interpreted by using the resistively shunted Josephson junction(RSJ)model and the Blonder–Tinkham–Klapwijk(BTK)theory.Our findings could be useful when using the contact-resistancemeasurement method to study the Majorana-related physics in topological insulator-based Josephson junctions under rf irradiation. 展开更多
关键词 topological insulator Josephson junction contact-resistance-measurement method radio frequency irradiation
Fabrication of Al/AlO_x/Al Josephson junctions on silicon and sapphire substrates using a cold-development technique
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作者 Wei Chen JiaZheng Pan +6 位作者 ZuYu Xu YangYang Lv XianJing Zhou XueCou Tu Jun Li GuoZhu Sun HuaBing Wang 《中国科学:物理学、力学、天文学英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第6期75-80,共6页
In order to obtain high-quality superconducting qubits, we employed a cold-development technique, using temperatures down to-20°C, to fabricate Al/AlOx/Al Josephson junctions. Cold development greatly reduced the... In order to obtain high-quality superconducting qubits, we employed a cold-development technique, using temperatures down to-20°C, to fabricate Al/AlOx/Al Josephson junctions. Cold development greatly reduced the sensitivity of the electron-beam resist to the developer, eliminated molecules of the electron-beam resist at trench edges, and improved the repeatability and reliability of the nanopatterning process. The fabricated samples have well-defined geometries and increased dose margins, with lateral sizes of 100 nm×100 nm on both silicon and sapphire substrates. Together with the bridge-free fabrication method we used in these experiments, we believe that the cold-development technique can play an important role in quantum information technology that employs superconducting qubits. 展开更多
关键词 JOSEPHSON junction COLD development ELECTRON-BEAM LITHOGRAPHY insulating substrates
一种通过约瑟夫森结非线性频率响应确定微波耗散的方法 预览
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作者 陈恒杰 薛航 +1 位作者 李邵雄 王镇 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期263-268,共6页
通过对电流偏置超导约瑟夫森结的微波驱动行为的研究,提出了一个确定约瑟夫森结微波耗散的方法.结的微波耗散由它的品质因子描述.微波耗散严重影响约瑟夫森器件如参量放大器、超导量子比特等的性能.对电流偏置的约瑟夫森结势阱采用四阶... 通过对电流偏置超导约瑟夫森结的微波驱动行为的研究,提出了一个确定约瑟夫森结微波耗散的方法.结的微波耗散由它的品质因子描述.微波耗散严重影响约瑟夫森器件如参量放大器、超导量子比特等的性能.对电流偏置的约瑟夫森结势阱采用四阶近似后,可以得到在较强微波驱动下约瑟夫森结非线性微波响应方程.该方程定量描述了非线性共振频率随外加微波功率变化关系:非线性共振频率与结等离子频率的差别依赖于约瑟夫森结的微波品质因子.对电流偏置的约瑟夫森结的微波运动行为进行了数值模拟.模拟结果确证了微波品质因子与非线性共振频率-等离子频率差别的定量关系可以应用于约瑟夫森结中.用这种非线性频率响应方法来确定约瑟夫森结的微波耗散没有严格的温度要求,可在单个电流偏置的结中完成,实验上具有简单可靠性. 展开更多
关键词 约瑟夫森结 非线性共振 品质因子 超导量子比特
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聚酰亚胺在MgB2约瑟夫森结制备中的应用
6
作者 王松 梁蓓 +5 位作者 余军 张勇 马奎 杨健 梁超 王代强 《低温与超导》 CAS 北大核心 2019年第4期29-33,共5页
MgB2超导材料由于其优异的超导性能和电学参数,是制作超导集成电路的理想材料之一。制备基于MgB2超导薄膜的高质量约瑟夫森结是超导电子学应用的关键。以聚酰亚胺(PI)为抗蚀层,在MgB2超导薄膜上实现微米量级的图形线条制作,以此工艺为基... MgB2超导材料由于其优异的超导性能和电学参数,是制作超导集成电路的理想材料之一。制备基于MgB2超导薄膜的高质量约瑟夫森结是超导电子学应用的关键。以聚酰亚胺(PI)为抗蚀层,在MgB2超导薄膜上实现微米量级的图形线条制作,以此工艺为基础,结合MgB2超导薄膜的气相化学沉积和晶型B介质层沉积方法,制作了基于MgB2超导材料的约瑟夫森纵向结阵列,并测试了相应结的约瑟夫森效应。 展开更多
关键词 PI薄膜 MGB2 约瑟夫森结 超导集成电路
基于FDTD的约瑟夫森结与超导传输线协同分析方法 预览
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作者 裴子溦 李晓春 +1 位作者 李炎 毛军发 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期2187-2191,共5页
为实现高性能处理器,超导RSFQ(快速单磁通量子)电路被提出.该电路主要由超导约瑟夫森结和超导无源传输线组成,对其建模分析是超导RSFQ电路设计的基础.本文提出了基于FDTD(时域有限差分)的约瑟夫森结与超导传输线的协同分析方法.该方法采... 为实现高性能处理器,超导RSFQ(快速单磁通量子)电路被提出.该电路主要由超导约瑟夫森结和超导无源传输线组成,对其建模分析是超导RSFQ电路设计的基础.本文提出了基于FDTD(时域有限差分)的约瑟夫森结与超导传输线的协同分析方法.该方法采用FDTD数值方法求解超导传输线的电报方程.在超导传输线与约瑟夫森结交界处的非线性边界条件上,采用了Newton-Raphson迭代算法.数值结果表明,本文提出的约瑟夫森结和超导传输线的协同分析方法与WRspice仿真软件相比具有相同精度,且运算效率显著提高. 展开更多
关键词 约瑟夫森结 超导传输线 时域有限差分
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Simulation and measurement of millimeter-wave radiation from Josephson junction array
8
作者 张鑫 赵生辉 +8 位作者 王荔田 邢建 张胜芳 梁雪连 何泽 王培 赵新杰 何明 季鲁 《中国物理B:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第6期87-90,共4页
We report the circuit simulations and experiments of millimeter-wave radiation from a high temperature superconducting(HTS) bicrystal Josephson junction(BJJ) array. To study the effects of junction characteristic para... We report the circuit simulations and experiments of millimeter-wave radiation from a high temperature superconducting(HTS) bicrystal Josephson junction(BJJ) array. To study the effects of junction characteristic parameters on radiation properties, new radiation circuit models are proposed in this paper. The series resistively and capacitively shunted junction(RCSJ) models are packaged into a Josephson junction array(JJA) model in the simulation. The current-voltage characteristics(IVCs) curve and radiation peaks are simulated and analyzed by circuit models, which are also observed from the experiment at liquid nitrogen temperature. The experimental radiation linewidth and power are in good agreement with simulated results. The presented circuit models clearly demonstrate that the inconsistency of the JJA will cause a broad linewidth and a low detected power. The junction radiation properties are also investigated at the optimal situation by circuit simulation. The results further confirm that the consistent JJA characteristic parameters can successfully narrow the radiation linewidth and increase the power of junction radiation. 展开更多
关键词 high temperature superconducting(HTS) JOSEPHSON JUNCTION array radiation circuit model SIMULATION
0-π transition induced by the barrier strength in spin superconductor Josephson junctions
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作者 曾文 沈瑞 《中国物理B:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第9期558-561,共4页
关键词 JOSEPHSON 导体连接 超导体 旋转 Π 绝缘体 超电流 方程
Current noises in a topological Josephson junction
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作者 Yu-Hang Li Jie Liu +3 位作者 JunTao Song Hua Jiang Qing-Feng Sun XinCheng Xie 《中国科学:物理学、力学、天文学英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第9期75-81,共7页
关键词 JOSEPHSON 连接 噪音 HAMILTONIAN 拓扑 非平衡 超导体 计算电流
原位热等离子体法组建碳纳米管封装锡纳米棒及其电子输运行为
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作者 王东星 李达 +6 位作者 贾伟迪 周远良 张雪峰 王子明 陆珊珊 董星龙 张志东 《中国科学:材料科学(英文版)》 CSCD 2018年第12期1605-1613,共9页
通过简易的电弧放电等离子法,用块体锡作为原料靶材、甲烷作为气态碳源组装了多壁碳纳米管封装单晶锡纳米棒(Sn@CNT NRs). Sn@CNT NRs直径为40–90 nm,长为400–500 nm.碳纳米管保护了内部的锡纳米棒免于氧化,并且构建了一种结合良好的... 通过简易的电弧放电等离子法,用块体锡作为原料靶材、甲烷作为气态碳源组装了多壁碳纳米管封装单晶锡纳米棒(Sn@CNT NRs). Sn@CNT NRs直径为40–90 nm,长为400–500 nm.碳纳米管保护了内部的锡纳米棒免于氧化,并且构建了一种结合良好的纳米复合材料.温度相关的I-V曲线及电阻率的测量显示,在超导临界温度3.69 K之上Sn@CNT NRs的介电行为归因于碳纳米管壳,且按照莫特-戴维变程跳跃(ln R(T)∝T-1/4)模式,半导体-超导体的转变(SST)是Sn@CNT纳米棒的一个显著特征.此外,发现Sn@CNT NRs的超导行为是由锡/碳纳米管/锡的层结构形成的约瑟夫森结导致的. 展开更多
关键词 多壁碳纳米管 纳米棒 等离子体法 输运行为 封装 超导临界温度 电子
用于精密测量玻尔兹曼常数的量子电压噪声源芯片研制 预览
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作者 王兰若 钟源 +7 位作者 李劲劲 屈继峰 钟青 曹文会 王雪深 周志强 付凯 石勇 《物理学报》 CSCD 北大核心 2018年第10期220-225,共6页
量子噪声温度计系统可通过比较导体中电子运动的热噪声和量子电压参考噪声精密测量玻尔兹曼常数,其中量子电压噪声源所合成的量子电压参考噪声由一组超导约瑟夫森结阵产生.本文详细介绍了基于Nb/NbxSi1-x/Nb约瑟夫森结的量子电压噪声源... 量子噪声温度计系统可通过比较导体中电子运动的热噪声和量子电压参考噪声精密测量玻尔兹曼常数,其中量子电压噪声源所合成的量子电压参考噪声由一组超导约瑟夫森结阵产生.本文详细介绍了基于Nb/NbxSi1-x/Nb约瑟夫森结的量子电压噪声源芯片的设计、制备及测试;采用脉冲驱动模式,合成了具有量子精度的100 kHz交流量子电压信号.结果表明:本文所研制的噪声温度计核心芯片已具备了合成交流电压的功能,可为后续玻尔兹曼常数精密定值、重新定义及复现热力学温度研究提供核心器件. 展开更多
关键词 玻尔兹曼常数 量子电压 噪声温度计 约瑟夫森结
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Magnetic flux control of chiral Majorana edge modes in topological superconductor
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作者 Yan-Feng Zhou Zhe Hou +2 位作者 Peng Lv XinCheng Xie Qing-Feng Sun 《中国科学:物理学、力学、天文学英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第12期89-94,共6页
We study the transport of chiral Majorana edge modes (CMEMs)in a hybrid quantum anomalous Hall insulator-topological superconductor (QAHI-TSC)system in which the TSC region contains a Josephson junction and a cavity.T... We study the transport of chiral Majorana edge modes (CMEMs)in a hybrid quantum anomalous Hall insulator-topological superconductor (QAHI-TSC)system in which the TSC region contains a Josephson junction and a cavity.The Josephson junction undergoes a topological transition when the magnetic flux through the cavity passes through half-integer multiples of magnetic flux quantum.For the trivial phase,the CMEMs transmit along the QAHI-TSC interface as without magnetic flux.However,for the nontrivial phase,a zero-energy Majorana state appears in the cavity,leading to that a CMEM can resonantly tunnel through the Majorana state to a different CMEM.These findings may provide a feasible scheme to control the transport of CMEMs by using the magnetic flux and the transport pattern can be customized by setting the size of the TSC. 展开更多
关键词 MAJORANA FERMIONS JOSEPHSON junction TOPOLOGICAL SUPERCONDUCTOR NON-EQUILIBRIUM Green's function
狭窄的二维拓扑绝缘体超导结中新奇的0-π态转变 预览
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作者 俞清云 陶永春 《南京师大学报:自然科学版》 CSCD 北大核心 2017年第3期87-93,共7页
边间耦合引起的边间背散射是赋予狭窄的二维拓扑绝缘体的重要特性,能够大大地丰富拓扑超导电子学.本文在考虑边间耦合的情况下,使用基于Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程的理论方法,研究了由狭窄的二维拓扑绝缘体构成的Josephson结,其... 边间耦合引起的边间背散射是赋予狭窄的二维拓扑绝缘体的重要特性,能够大大地丰富拓扑超导电子学.本文在考虑边间耦合的情况下,使用基于Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程的理论方法,研究了由狭窄的二维拓扑绝缘体构成的Josephson结,其中两个相距长度为d的超导电极置于同一边上.结果发现,通过改变d总可以导致0-π态转变,同时这0-π态转变能反过来证明边缘态螺旋性的自旋结构.引起这个新奇的结果的机制源于边间背散射引诱了一个额外的π相移,不同于由两个超导电极间铁磁体夹层厚度变化所引起的传统的0-π态转变.此外,在0-π态转变点处存在相当大的Josephson临界电流残余值.因此,这些结果在超导电子学器件的设计中具有潜在的应用价值,譬如,高性能的超流开关. 展开更多
关键词 狭窄的二维拓扑绝缘体 边间耦合 JOSEPHSON 0-π态转变
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Bridge-free fabrication process for Al/AlO_x/Al Josephson junctions
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作者 张珂 李蒙蒙 +2 位作者 刘强 于海峰 于扬 《中国物理B:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第7期445-448,共4页
我们由使用一种简单没有桥的技术制作不同尺寸的 Al/AlO <sub> x </sub>/Al Josephson 连接,在哪个仅仅单个层的电子横梁抵抗 polymethyl methacrylate (PMMA ) 被暴露在低加速电压(在 30 kV 下面) 并且连接的尺寸能在一... 我们由使用一种简单没有桥的技术制作不同尺寸的 Al/AlO <sub> x </sub>/Al Josephson 连接,在哪个仅仅单个层的电子横梁抵抗 polymethyl methacrylate (PMMA ) 被暴露在低加速电压(在 30 kV 下面) 并且连接的尺寸能在一个大范围被改变。与桥技术相比,因为它能避免在制造期间折叠桥,这个制造过程是很柔韧的。这使没有桥的技术更流行特别为超导的量位为 Josephson 连接设备满足不同要求。 展开更多
关键词 JOSEPHSON 制造工艺 自由 聚甲基丙烯酸甲酯 低加速电压 约瑟夫森结 PMMA
超导量子计算:长退相干量子比特发展之路 被引量:2
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作者 金贻荣 郑东宁 《科学通报》 CSCD 北大核心 2017年第34期3935-3946,共12页
超导量子计算是基于约瑟夫森结电路的固态量子计算技术方案.由于其易于扩展、耦合与操控等特点,已成为最有可能实现实用量子计算机/模拟机的候选方案之一.由于固态器件复杂的电磁环境,超导量子比特一直受到退相干时间不足的制约.本文简... 超导量子计算是基于约瑟夫森结电路的固态量子计算技术方案.由于其易于扩展、耦合与操控等特点,已成为最有可能实现实用量子计算机/模拟机的候选方案之一.由于固态器件复杂的电磁环境,超导量子比特一直受到退相干时间不足的制约.本文简要介绍了超导量子比特的基本结构并重点论述了近期发展出的几种新型长退相干时间超导量子比特,包括Transmon/Xmon,Fluxonium和C-shunt Flux qubit等,整理了这几个不同设计方案在抑制电荷、磁通和准粒子等几种主要噪声来源方面做出的探索和贡献.最后,对几种主要的设计思想做了简要的归纳总结,以期对未来进一步发展提供参考和依据. 展开更多
关键词 量子计算 超导量子比特 退相干时间 约瑟夫森结
RCLSJ约瑟夫森结混沌系统动力学特性分析与追踪控制 预览
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作者 汤泽军 《电脑与信息技术》 2017年第4期6-9,共4页
采用Lyapunov指数谱、分岔图、相图、FuzzyEn和C0算法等方法分析了系统偏置电流值连续变化时的动力学变化规律。从分析结果来看,随着偏置电流的变化RCSLJ约瑟夫森结混沌系统表现出丰富的动力学特性,可分别处于定态、周期态、混沌态、... 采用Lyapunov指数谱、分岔图、相图、FuzzyEn和C0算法等方法分析了系统偏置电流值连续变化时的动力学变化规律。从分析结果来看,随着偏置电流的变化RCSLJ约瑟夫森结混沌系统表现出丰富的动力学特性,可分别处于定态、周期态、混沌态、拟周期态。复杂度能够很好反映出系统的动力学特性,RCLSJ约瑟夫森结混沌系统随电流变化时具有复杂度相对较大的较长区间。为使系统能够应用到实际应用领域,设计了追踪控制器,从理论方面证明了控制器能够使系统每一维分别逼近不同信号,从仿真方面证明了受控后,系统能够逼近定点、周期信号和混沌信号。 展开更多
关键词 约瑟夫森结 RCLSJ 复杂度 追踪控制
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硼膜制备工艺、微观结构及其在硼化镁超导约瑟夫森结中的应用 预览 被引量:2
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作者 王松 王星云 +3 位作者 周章渝 杨发顺 杨健 傅兴华 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期362-368,共7页
MgB_2材料具备临界转变温度较高、相干长度大、临界电流和临界磁场高等优点,被认为有替代Nb基超导材料的潜力.研究了不同温度下以化学气相沉积法制备的硼(B)薄膜的微观结构.实验结果表明:较低温度沉积的B先驱薄膜为无定形B膜,可以与M... MgB_2材料具备临界转变温度较高、相干长度大、临界电流和临界磁场高等优点,被认为有替代Nb基超导材料的潜力.研究了不同温度下以化学气相沉积法制备的硼(B)薄膜的微观结构.实验结果表明:较低温度沉积的B先驱薄膜为无定形B膜,可以与Mg蒸气反应生成MgB_2超导薄膜;当沉积温度高于550?C时,所得硼薄膜为晶型薄膜;以晶型硼薄膜为先驱膜在镁蒸气中退火,不能生成硼化镁超导薄膜.利用晶型B膜的这一特点,成功制备了以晶型硼薄膜为介质层的硼化镁超导约瑟夫森结. 展开更多
关键词 无定形B膜 晶型B膜 MGB_2 约瑟夫森结
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基于偏差的李雅普诺夫方法超导量子比特系统调控
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作者 杨鑫 胡菊菊 嵇英华 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期476-483,共8页
应用李雅普诺夫控制理论,对含约瑟夫森结电荷量子比特系统的状态实施了有效调控。数值仿真表明:对超导电荷量子比特系统,采用基于偏差的李雅普诺夫控制方法,不管是间接还是直接调控形式,选取适当的控制幅度可以达到对量子系统的调... 应用李雅普诺夫控制理论,对含约瑟夫森结电荷量子比特系统的状态实施了有效调控。数值仿真表明:对超导电荷量子比特系统,采用基于偏差的李雅普诺夫控制方法,不管是间接还是直接调控形式,选取适当的控制幅度可以达到对量子系统的调控目的;并且增大控制幅度,得到的控制函数曲线更平滑,完成控制任务需要的时间越短。这种控制方法避免了传统控制方法所需要的复杂的迭代计算,可以确保量子系统的稳定。因此,李雅普诺夫方法是一种具有一定实用意义的调控方法。 展开更多
关键词 量子控制 超导量子比特 李雅普诺夫方法 约瑟夫森结
Fabrication of Al/AlO_x/Al junctions using pre-exposure technique at 30-keV e-beam voltage
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作者 兰栋 薛光明 +3 位作者 刘强 谭新生 于海峰 于扬 《中国物理B:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第8期443-446,共4页
We fabricate high-quality A1/A1O_x/A1 junctions using improved bridge and bridge-free techniques at 30-keV e-beam voltage,in which the length of undercut and the size of junction can be well controlled by the pre-expo... We fabricate high-quality A1/A1O_x/A1 junctions using improved bridge and bridge-free techniques at 30-keV e-beam voltage,in which the length of undercut and the size of junction can be well controlled by the pre-exposure technique.The dose window is 5 times as large as that used in the usual Dolan bridge technique,making this technique much more robust.Similar results,comparable with those achieved using a 100-keV e-beam writer,are obtained,which indicate that the 30-keV e-beam writer could be an economic choice for the superconducting qubit fabrication. 展开更多
关键词 铝/氧化铝 曝光技术 电子束 电压 制作 经济选择 量子比特 可比性
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