15、量子计算入门：基础概念与实践工具

量子计算入门：基础概念与实践工具

1. 超导量子比特与性能指标

1.1 超导量子比特的尺寸与频率

超导量子比特通常工作在 5 GHz 的能量间距下，在这个频率下，我们可以使用优质的微波工具，并在稀释制冷机的 10 mK 基温下运行。根据光速公式 (c = \lambda \cdot f)（其中 (c \approx 3\times10^8 m/s) 为光速，(\lambda) 为波长，(f) 为频率），对于 5 GHz 的频率，光的波长约为 60 mm。但在实际中，由于超导量子比特的谐振器通常制作在硅或蓝宝石芯片上，光在这些材料中的速度会降低（硅中约为 (7.5\times10^7 m/s)，蓝宝石中约为 (1.5\times10^8 m/s)），因此芯片上的谐振器尺寸可以缩小到几毫米。

1.2 不同量子比特平台的性能指标

比较量子比特平台的关键性能指标包括相干时间（通常记为 (T_2) 时间）和弛豫时间（通常记为 (T_1) 时间）。
- 相干时间 (T_2) : 表示量子比特能够保持其叠加态的时间。实验过程为：从量子比特处于基态（在布洛赫球的 z 轴正方向）开始，施加 90° 的 (R_x) 或 (R_y) 旋转使其处于布洛赫球的赤道平面，然后等待相位或叠加态完全退相干，所花费的时间即为 (T_2)。
- 弛豫时间 (T_1) : 从量子比特处于基态开始，施加 180° 的 (R_y) 旋转（也称为 π 脉冲），然后等待量子比特弛豫或衰减回到基态，所花费的时间即为 (T_1)。

1.3 自旋量子比特与超导量子比特性能比较