Josephson结电荷量子比特系统退相干研究

量子力学中的耗散和退相干机制量子力学是描述微观世界的物理学理论，它在近百年的发展中取得了巨大的成就。

然而，与经典力学不同，量子物理学中存在一个令人困惑的现象，即“耗散”和“退相干”。

在经典物理学中，系统的演化是可逆的，而在量子力学中，系统的演化是不可逆的。

这意味着当一个量子系统与外界相互作用时，它的量子态会发生演化，而这种演化不可逆地导致了系统的耗散和退相干。

量子力学中的耗散现象可以通过与环境的相互作用来解释。

当一个量子系统与环境发生相互作用时，系统的量子态会发生测量，从而导致能量和信息的传递。

这种能量和信息的传递会使得系统的量子态逐渐基态趋近，最终导致系统的波函数退相干。

在量子力学中，有两种主要的耗散和退相干机制，即“纯净衰减”和“非纯净衰减”。

纯净衰减是指系统与环境之间的相互作用导致的能量和信息的损失，而非纯净衰减是指系统与环境之间的相互作用导致的量子信息的丢失。

纯净衰减是量子力学中最常见的耗散和退相干机制。

它发生在系统与大量自由度的环境发生相互作用时。

在这种情况下，系统的量子态会逐渐被环境的自由度所吸收，从而导致系统的能量和信息的损失。

这种损失会使系统的波函数逐渐退相干，最终导致系统的量子态趋近于一个经典态。

非纯净衰减是一种更加微妙的量子耗散和退相干机制。

它发生在系统与少量自由度的环境发生相互作用时，这种相互作用可能导致系统的某些量子信息的丢失。

与纯净衰减不同，非纯净衰减并不会导致系统的波函数完全退相干，而是使系统的量子态趋向于一个部分退相干的态。

耗散和退相干在量子力学中有着广泛的应用。

例如，在量子计算和量子纠缠中，耗散和退相干是一个重要的限制因素。

当量子系统与环境相互作用时，它的量子态会不可避免地发生退相干和耗散，从而导致量子计算和量子纠缠的错误和衰减。

为了减少耗散和退相干，科学家们提出了一系列的方法和技术。

例如，使用“量子纠错码”可以有效地减少量子计算的错误率；使用“量子纠缠保护技术”可以延长量子纠缠的寿命。

量子计算中的退相干问题与解决方法量子计算是一门前沿而复杂的领域，它利用量子力学的原理来进行信息处理。

然而，量子计算中存在一个严重的问题，即退相干问题。

退相干是指量子比特在与外界环境的相互作用下，其相位关系逐渐丧失的现象。

这一问题对于实现可靠的量子计算具有重要的影响。

本文将探讨量子计算中的退相干问题以及解决方法。

首先，我们来了解一下退相干问题的原因。

量子比特是量子计算的基本单位，它可以处于多个状态的叠加态。

然而，与经典比特不同的是，量子比特容易受到外界的干扰，从而导致量子态的退相干。

这种干扰可以来自于热噪声、电磁辐射等环境因素，也可以来自于量子比特之间的相互作用。

退相干问题对于量子计算的可靠性和稳定性具有严重的影响。

在量子计算中，我们需要对量子比特进行操作，例如量子门操作、量子态传输等。

如果量子比特的相位关系丧失，那么这些操作将无法正确进行，从而导致计算结果的错误。

因此，解决退相干问题是实现可靠量子计算的关键。

目前，针对退相干问题，研究者们提出了许多解决方法。

其中一种常见的方法是通过量子纠错码来保护量子比特的相位关系。

量子纠错码是一种可以检测和纠正量子比特错误的编码方式。

通过将量子比特进行编码，可以使得量子比特的相位关系得到保护。

当量子比特受到干扰时，纠错码可以检测到错误，并通过纠正操作来恢复量子比特的相位关系。

这种方法可以有效地提高量子计算的可靠性。

另一种解决退相干问题的方法是利用量子纠缠。

量子纠缠是一种特殊的量子态，它可以使得两个或多个量子比特之间存在一种非经典的关联关系。

通过将量子比特进行纠缠，可以使得它们的相位关系得到保护。

当一个量子比特受到干扰时，另一个纠缠的量子比特可以通过量子纠缠的特性来恢复其相位关系。

这种方法可以有效地延长量子比特的相干时间，从而减轻退相干问题的影响。

除了以上方法，还有一些其他的解决退相干问题的方法。

例如，可以通过冷却技术将量子比特的温度降低到极低的温度，从而减少热噪声对量子比特的影响。

量子力学中的退相干与量子弛豫量子力学是描述微观世界的一种物理理论，它涉及到微观粒子的行为和性质。

在量子力学中，有两个重要的概念，即退相干和量子弛豫。

本文将深入探讨这两个概念的含义和影响。

首先，我们来了解一下什么是退相干。

在量子力学中，相干性是指两个或多个量子态之间存在干涉的性质。

当两个量子态之间存在相位关系时，它们就处于相干态。

相干性是量子计算和量子通信中的重要资源，但在实际应用中，相干性常常会受到一些因素的影响而退化，这就是退相干现象。

退相干的主要原因是量子系统与外界环境的相互作用。

这种相互作用会导致量子态的干涉关系被破坏，使得量子态的相位信息丢失。

例如，当一个量子比特与周围的热噪声相互作用时，它的相位会发生随机的变化，从而导致相干性的丧失。

退相干也可以由于非线性效应、测量引起的干扰等原因而发生。

退相干对于量子计算和量子通信来说是一个严重的问题。

在量子计算中，相干性是保证量子比特之间进行干涉和叠加的关键，而退相干会导致计算结果的错误。

在量子通信中，相干性是保证量子态传输和量子纠缠的关键，而退相干会导致通信的可靠性下降。

接下来，我们来了解一下量子弛豫。

量子弛豫是指量子系统从一个激发态回到基态的过程。

在量子力学中，系统的演化是通过薛定谔方程描述的，而量子弛豫是由系统与外界环境的相互作用引起的。

当一个量子系统处于激发态时，它会与周围的环境发生相互作用，从而导致能量的耗散和信息的丢失，最终回到基态。

量子弛豫的速率取决于系统与环境之间的相互作用强度。

当相互作用强度较弱时，弛豫过程会比较慢，系统会在较长的时间内保持在激发态。

而当相互作用强度较强时，弛豫过程会比较快，系统会很快回到基态。

量子弛豫的速率也可以通过弛豫时间来描述，弛豫时间越短，系统的弛豫速率越快。

量子弛豫在实际应用中也是一个重要的问题。

在量子计算中，激发态的存在会导致计算结果的错误，因此需要采取措施来抑制量子弛豫。

在量子通信中，弛豫过程会导致量子态的丢失，从而影响通信的可靠性。

约瑟夫森结的原理和应用1. 约瑟夫森结的原理约瑟夫森结(Josephson junction)是一种在超导体中产生和探测微小电流的装置。

它是由两个超导体之间插入一层非超导体材料而形成的。

当约瑟夫森结被置于超导电路中时，它可以表现出一些非常有趣和重要的物理现象。

约瑟夫森结的原理可以通过基本的超导电子理论解释。

超导电子在超导体中组成了配对的库珀对，这些电子对可以通过库伯对隧穿到另一边。

当约瑟夫森结中施加电压时，这些电子可以通过约瑟夫森结的非超导层隧穿，并在超导电路中形成一个电流环。

2. 约瑟夫森结的应用约瑟夫森结在许多领域中都有着广泛的应用。

以下是约瑟夫森结的一些主要应用：2.1 量子比特约瑟夫森结可以用作量子比特的基础。

量子比特是量子计算中的基本单位，类似于经典计算机中的比特。

通过控制约瑟夫森结的电流量和相位，可以实现量子比特的操作和控制，从而实现量子计算。

2.2 交流电压标准约瑟夫森结可以用作交流电压标准。

由于约瑟夫森结对电压的依赖关系很好地满足了量子效应的精确性要求，因此可以将其作为电压的参考标准。

这使得约瑟夫森结在科学研究和工程应用中具有重要的意义。

2.3 超导量子干涉仪约瑟夫森结也可以被用作超导量子干涉仪的关键元件。

超导量子干涉仪是一种利用超导电子的量子干涉效应来测量微小物理量的装置。

通过控制约瑟夫森结的相位，可以改变干涉图样，从而实现高精度的物理量测量。

2.4 单光子检测器约瑟夫森结还被广泛应用于单光子检测器中。

单光子检测器是一种用于探测光子的装置，可以实现高灵敏度和高时间分辨率。

约瑟夫森结的超导性和量子隧穿效应使其成为实现单光子检测器的理想选择。

2.5 量子隧穿器件除了以上应用外，约瑟夫森结还可以应用于量子逻辑门和量子隧穿器件的制备。

量子逻辑门是实现量子计算中的逻辑操作的元件，而量子隧穿器件是利用量子隧穿效应来控制和操纵量子态的装置。

约瑟夫森结在这些应用中具有重要的角色。

3. 总结约瑟夫森结作为一种特殊的超导电子装置，在量子计算、交流电压标准、量子干涉仪、单光子检测器以及量子隧穿器件等领域中有着重要的应用。

超导量子电路中微波相干效应的研究摘要量子相干和干涉效应是量子光学和激光物理中非常重要的课题之一，基于相干效应的许多新颖的量子现象已经得到了研究学者的深入研究。

另一方面，超导量子电路，又称人工原子，近年来在量子信息和计算方面得到了广泛的应用。

超导量子比特是一种固态装置，不仅易于设计性，而且有很好的参数可控性和实验制备性。

因此，各种各样的超导比特已得到了精确制备和广泛应用，而且，许多量子光学现象可以在超导量子电路系统中得以验证，在量子光学领域有着重要的研究和应用价值。

本文中，我们主要研究微波驱动的三能级∆型超导fluxonium 比特电路系统的量子相干效应。

通过选择合适的参数展现系统的量子光学特性，进而分析系统的特征和量子现象的物理机制。

研究内容如下：(1) 我们研究了三能级∆型超导fluxonium电路系统中的色散转换特性。

当用三个微波场分别耦合于三能级超导fluxonium电路的三个不同的跃迁时，超导电路系统的吸收和色散谱强烈依赖于外场的相对相位和强度。

当相对相位π/2 改变到3π/2时，正负色散发生转换，此时，吸收为零。

正负色散转换对光的超慢与超快传播方面有着重要的应用。

而且，当我们固定相对相位时，通过通过调节经典场的相对强度也可以获得无吸收的色散开关。

(2) 我们研究了三能级∆型超导fluxonium电路系统中的相干布居捕获现象。

考虑三个外加场应用于不同跃迁的物理模型，结果表明系统的相干布居捕获效应强烈地依赖外加场的相对相位和强度。

当相对相位为0或π时，最大的原子相干获得，相干布居捕获发生。

但是当相对相位为π/2时，原子的相干性减弱。

此外，当固定相对相位为π/2并增强两个低能级间的Rabi频率时，相干性减小。

我们利用缀饰态方法解释相对相位及强度对布居捕获调制的物理机制。

总之，利用外加微波场与超导fluxonium电路系统的相互作用，依赖于外加场相位和强度的色散开关和相干布居捕获效应发生。

这里我们应用了超导量子电路这个易操控的固态系统，而且采用的是可行性的实验参数。

物理所发现一新量子效应——光子约瑟夫森效应
佚名
【期刊名称】《中国西部科技》
【年(卷),期】2009(8)3
【摘要】[物理所]最近，中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家实验室刘伍明研究组在光与物质相互作用领域取得重要进展。

他们发现在包含冷原子的两个弱耦合微腔的光学系统中可以产生一种新颖的量子效应——光子约瑟夫森效应（Josephson effect of photons），并进一步设计了相干光子干涉器件。

【总页数】1页(P8-8)
【关键词】约瑟夫森效应;凝聚态物理;量子效应;光子;中国科学院物理研究所;国家实验室;相互作用;光学系统
【正文语种】中文
【中图分类】O511;O469
【相关文献】
1.超导约瑟夫森结微波单光子量子态测量的研究 [J], 干耀国;金荧荧;王璟璟;孙学军;陈达;
2.约瑟夫森效应和约瑟夫森元件的应用 [J], 陈清林
3.约瑟夫森效应的发现 [J], 刘兆龙;闵子建
4.约瑟夫森效应与超导量子电路的基本物理原理 [J], 宿非凡;杨钊华
5.含有超导约瑟夫森结介观互感电路的量子化及其量子效应 [J], 梁宝龙;王继锁;孟祥国;李艳玲
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

量子测量中的量子退相干与退相干效应量子测量是量子力学中的基本概念之一，其涉及到量子态的测量和测量结果的统计分布。

然而，在实际的量子测量过程中，存在着一种现象称为量子退相干。

量子退相干是指由于外界干扰和环境影响导致量子态的叠加态逐渐失去相干性的过程。

量子退相干的一个经典例子是自旋的测量。

自旋是描述微观粒子的一个特征，其可以取两个状态，即向上和向下。

当我们对一个自旋系统进行测量时，可以获得自旋向上或向下的结果。

然而，当我们对一个叠加态进行测量时，情况就变得复杂起来。

假设我们将一个自旋系统处于一个叠加态，即自旋向上和向下的叠加态：|ψ⟩=α|↑⟩+β|↓⟩。

其中，α和β是复数，且满足|α|^2+|β|^2=1。

当我们对这个叠加态进行自旋测量时，结果可能是自旋向上或向下，分别的概率为|α|^2和|β|^2。

然而，一旦得到了测量结果，量子态就会坍塌到该结果对应的自旋态上，失去了原本的叠加性。

量子退相干的效应可以通过观察单个量子系统的演化过程来理解。

在理想情况下，量子系统的演化是幺正的，即保持相干性的。

然而，在现实情况下，外界的干扰和环境的耦合会导致量子系统的相干性逐渐丧失。

量子退相干的一个重要应用是量子计算和量子通信。

在量子计算中，相干性是实现量子并行和量子纠缠的基础。

当量子系统退相干时，这些优势就会被削弱。

因此，科学家们正在努力寻找更好的量子控制方法，以减小退相干的效应，提高量子计算的可靠性和稳定性。

除了外界干扰和环境作用外，量子退相干还可以通过一些调控手段来进行控制。

例如，通过对量子系统的哈密顿量进行调整可以实现量子退相干的延缓或抑制。

此外，量子退相干还可以通过量子纠错编码等方法来进行补偿，从而提高量子信息的传输和存储效率。

量子测量中的退相干效应不仅仅存在于自旋的测量中，还存在于其他量子系统的测量中。

例如，光的相位测量和电子的位置测量等都会受到退相干的影响。

这些现象的研究对于理解量子测量背后的基本原理和应用具有重要意义。

量子力学中的退相干与退相位效应量子力学是一门研究微观粒子行为的物理学科，它描述了微观世界中粒子的运动和相互作用。

在量子力学中，退相干和退相位效应是两个重要的概念，它们对于量子信息处理和量子计算具有重要意义。

退相干是指量子系统在与外界环境发生相互作用时，其内部的相位关系被破坏，从而导致量子态的纯度降低。

在实际的量子系统中，由于存在着各种各样的噪声源，比如热噪声、振动噪声等，量子态很容易受到这些噪声的干扰而发生相位的退化。

退相干现象的出现使得量子系统的信息容易受到损失，从而对于量子信息处理的可靠性和可行性提出了挑战。

退相干的机制可以通过量子态的密度矩阵来描述。

密度矩阵是对量子态进行描述的工具，它可以表示出量子态的混合程度和纯度。

在退相干的过程中，密度矩阵的对角元素和非对角元素会发生变化。

对角元素表示了量子态的纯度，而非对角元素则表示了量子态之间的相位关系。

当量子系统与环境发生相互作用时，非对角元素会逐渐减小，从而导致相位关系的丧失，最终使得量子态变得不再纯净。

为了减少退相干的影响，科学家们提出了一系列的退相干保护技术。

其中最常用的一种方法是量子纠错码。

量子纠错码可以通过增加冗余度来保护量子信息，从而减少退相干的影响。

通过将量子态进行编码和纠错，可以在一定程度上恢复量子态的纯度和相位关系，从而提高量子信息处理的可靠性。

除了退相干效应，退相位效应也是量子力学中的一个重要现象。

退相位是指量子系统中不同能级之间的相位关系发生变化，从而导致量子态的相位信息丢失。

在实际的量子系统中，由于存在着各种各样的相互作用，比如电磁场的干扰、粒子之间的相互作用等，量子态的相位信息很容易发生退化。

退相位效应的出现使得量子系统的相位信息难以被保护和利用，从而限制了量子信息处理的精度和可靠性。

为了克服退相位效应的影响，科学家们提出了一系列的退相位保护技术。

其中最常用的一种方法是量子纠缠。

量子纠缠是一种特殊的量子态，它具有特殊的相位关系，可以用来保护和传递量子态的相位信息。

量子力学中的退相干与量子纠缠量子力学是描述微观世界的一种物理理论，它在近一个世纪以来一直是物理学的前沿领域。

量子力学的研究涉及到许多概念和现象，其中包括退相干和量子纠缠。

本文将探讨量子力学中的退相干和量子纠缠，并分析它们在实际应用中的重要性。

首先，我们来了解一下退相干的概念。

在量子力学中，相干是指两个或多个量子态之间存在一定的相位关系，使它们可以进行干涉。

而退相干则是指量子态之间的相位关系逐渐丧失，最终导致干涉效应消失。

退相干是由于量子系统与外界环境的相互作用导致的，这种相互作用会引起量子态的不可逆演化，从而破坏了量子态之间的相位关系。

退相干在许多领域中都起着重要的作用。

例如，在量子计算中，退相干是一个严重的问题，因为它会导致计算结果的错误。

为了解决这个问题，科学家们研究了许多方法，如量子纠错码和量子纠缠态的制备等。

这些方法可以抑制退相干的影响，提高量子计算的可靠性。

另一个与退相干密切相关的概念是量子纠缠。

量子纠缠是指两个或多个量子系统之间存在一种特殊的关联关系，使它们的状态无法被单独描述，只能通过整体来描述。

量子纠缠是量子力学独有的现象，它与经典物理学中的概念有很大的区别。

量子纠缠在量子通信和量子密钥分发等领域中有着广泛的应用。

例如，在量子通信中，量子纠缠可以用来实现量子隐形传态和量子远程纠缠分发等任务。

这些任务的实现依赖于量子纠缠的特性，通过对纠缠态的操作，可以实现量子信息的传输和共享。

除了在量子通信中的应用，量子纠缠还有许多其他的应用。

例如，在量子计算中，量子纠缠可以用来实现量子并行计算和量子搜索等任务。

此外，在量子模拟和量子测量中，量子纠缠也发挥着重要的作用。

退相干和量子纠缠是量子力学中两个重要的概念，它们在实际应用中具有广泛的应用前景。

通过研究退相干和量子纠缠的机制，我们可以更好地理解量子系统的行为，并开发出更加可靠和高效的量子技术。

随着量子技术的不断发展，相信退相干和量子纠缠的研究将会在未来取得更加重要的突破。

约瑟夫森电荷量子比特的耗散特性
陈志铨;周腾飞;嵇英华
【期刊名称】《量子光学学报》
【年(卷),期】2008(14)3
【摘要】从环境的两种不同初态(粒子数态和热平衡态)出发,对电荷量子比特的时间演化进行了深入的研究。

结果表明:在温度较高(500 mK)时,如果环境初始处在粒子数态,那么翻转算符的衰减时间会比热库处于热平衡态时更长,并且|0>态的布居数算符的渐近值也更小。

在温度极低(50 mK)时,电荷量子比特的动力学特性就与环境的初态无关。

【总页数】6页(P338-343)
【关键词】电荷量子比特;自旋玻色模型;耗散
【作者】陈志铨;周腾飞;嵇英华
【作者单位】江西师范大学物理与通信电子学院
【正文语种】中文
【中图分类】O431
【相关文献】
1.约瑟夫逊电荷量子比特纠缠的实现 [J], 张秀;惠小强
2.用约瑟夫森电荷比特系统实现一种特殊量子态的传输 [J], 吴世海;胡明亮;李季;惠小强
3.基于约瑟夫森电荷比特实现无bell测量未知GHZ态的隐形传态 [J], 倪茫茫;郑
亦庄;王育建
4.利用约瑟夫森量子比特计算电流偏置信息总线中的几何相位 [J], 乔元新;于肇贤;;
5.用约瑟夫森结量子比特制备簇态(英文) [J], 陶蕊;郑小虎;曹卓良
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

超导电子学中的约瑟夫森结特性研究实验引言：超导电子学是物理学中一个重要的研究领域，它涉及超导材料中电子输运和相干性的特性。

超导材料通常在低温下表现出电阻为零的性质，这对于电子学应用来说具有重要的潜力。

约瑟夫森结（Josephson junction）是超导器件中的关键部分，其特性研究对于超导电子学的发展至关重要。

本文将详细介绍约瑟夫森结特性研究实验的过程和应用。

第一部分：约瑟夫森结的定律和原理约瑟夫森结是由两层超导体夹着一薄绝缘层形成的结构。

它是一种量子器件，依靠量子力学中的隧穿效应实现能量传输。

约瑟夫森结的特性研究基于两个重要的定律：约瑟夫森效应和量子干涉效应。

约瑟夫森效应描述了两个超导体之间的电子对在绝缘层内波函数的干涉现象。

当两个超导体的相位差为0时，电子对可以无阻力地通过约瑟夫森结，形成一个连续的电流。

而当相位差为π时，电子对的波函数发生相位反转，导致电流被完全阻断。

这种发生在约瑟夫森结中的量子干涉现象使得约瑟夫森结成为一种重要的电子器件。

第二部分：实验准备和过程实验中需要准备约瑟夫森结，以及用于测量其特性的设备。

首先，我们需要制备两层超导体和绝缘层。

超导体可以通过制备超导性材料，在低温下进行制备和处理来实现。

绝缘层通常使用氧化铝等材料，并采用分子束外延或物理气相沉积等技术制备。

制备完约瑟夫森结后，我们将其连接到电路中，并测量其输运特性。

在实验中，我们可以通过测量电压-电流（V-I）曲线和基于微波信号的量子干涉实验来研究约瑟夫森结的特性。

在V-I曲线实验中，我们通过在约瑟夫森结上施加不同的电压来测量其输出电流。

我们可以观察到V-I曲线中的关键特性，比如零电压电流和临界电流。

零电压电流代表着约瑟夫森结中的超导电流，而临界电流表示约瑟夫森结进入正常态的临界状态。

在量子干涉实验中，我们引入微波信号来探测约瑟夫森结的相位差变化。

通过改变微波信号频率或是约瑟夫森结的偏置电流，我们可以观察到干涉效应的变化。

约瑟夫森结的研究进展【摘要】本文介绍约瑟夫森结的基本概念，理论及其应用领域，并将约瑟夫森结未来研究方向及发展趋势进行分析。

【关键词】约瑟夫森结；超导体；量子计算机0 引言1 约瑟夫森效应1.1 直流约瑟夫森效应1.2 交流约瑟夫森效应2 约瑟夫森结的应用约瑟夫森效应不仅生动地显示了宏观量子力学效应，具有重要的理论意义，而且具有广泛的实际应用。

约瑟夫森结是目前应用广泛的超导量子器件。

如超导量子干涉仪，混频器和参量放大器等器件。

本文主要从通信，生物，量子计算机等方面介绍约瑟夫森结一些应用。

2.1 约瑟夫森结在通信方向的应用作为一种高度的非线性器件，约瑟夫森结及阵列中存在着复杂的混沌行为。

由于混沌在信号处理和保密通信等领域都具有重要的研究和应用价值[5-9]，再加上约瑟夫森结型器件本身具有低噪声，低功耗和高工作频率等独特的优点，约瑟夫森结及阵列中的混沌行为受到了广泛关注。

由于约瑟夫森结与阵列可以工作在THZ频率范围内，其混沌行为可以用于THZ频率范围的超高速混沌保密通信。

但由于约瑟夫森结工作频率极高，混沌同步难于实现，因而，目前对此的研究几乎没有报道。

约瑟夫森结与阵列中存在明显的混沌行为，而以混沌理论为核心之一的非线性科学被誉为本世纪相对论和量子力学以来第三次科学革命，利用同步的混沌系统进行保密通信是当前国际研究的一大热点，正在成为高新技术的一个新领域。

2009年，周铁戈等研究了约瑟夫森结的混沌行为及其在保密通信中的应用，发现电阻一电容-电感并联的约瑟夫森结在直流电流驱动下会出现混沌行为，并在此基础上首次提出了基于约瑟夫森结混沌行为的保密通信方案[10]。

2.2 医用生物领域的应用在医学方面，超导量子干涉仪可以测出非常弱的磁场，如人体的肺磁，心磁，大脑神经磁信号。

这有其独特的优点，磁测量不需要与被测体接触，它属于非接触测量，这就避免了在表皮上可能引起的干扰变化。

另外，磁测量在没有体内电类似物时也可以测量，例如可以测量人体肝中的含铁量等[11]。

Science &Technology Vision科技视界※基金项目:国家自然科学基金(11104217);陕西省教育厅自然科学专项研究计划项目(11JK0555);西安邮电大学中青年基金(No.0001295,No.0001287)。

作者简介:田静(1981—),女,博士,讲师,主要从事非线性动力学和复杂性科学的研究。

0引言约瑟夫森效应是在1962年由B.D.Josephson 首先提出并以他的名字命名的[1]。

它是超导电子对从一个超导体穿过一层绝缘体进入另一超导体的隧道贯穿现象。

安德森(P.W.Anderson)和罗韦尔(J.M.Rowell)等人从实验上观察到这一现象,证实了约瑟夫森的预言[2]。

两块超导体之间通过一绝缘薄层连接起来的组合称为SIS,超导隧道结或约瑟夫森结如图1所示。

这层绝缘体对电子来说就是一个势垒,对于低温超导材料来说大概是零点几埃[3]。

这样一种连接称为弱连接。

自约瑟夫森从理论上预言了弱连接超导电性新效应以来,世界各地的研究者对约瑟夫森效应进行了详细的研究。

图1约瑟夫森结的结构示意图约瑟夫森结因具有丰富的特性(量子干涉,特殊的伏安特性,高度的非线性)得到高度的关注。

约瑟夫森结的发展十分迅速,取得了重要的研究进展。

成为超导电子器件的重要组件。

约瑟夫森效应无论在理论研究还是实际应用上都具有重要的意义。

本文将介绍约瑟夫森结的基本概念,理论以及主要应用的研究进展情况。

并将对约瑟夫森结未来研究方向及发展趋势进行分析。

1约瑟夫森效应1962年,约瑟夫森从理论上预言了超导电子对非线性量子隧道效应后,又于1964年和1965年归纳出了著名的约瑟夫森方程组[4]。

支配约瑟夫森效应动力学的基本方程U (t )=ћ2e ∂ψ(t )∂t I (t )=I c sin(ψ(t ))其中U (t )和I (t )分别为约瑟夫森结两端电压和流经约瑟夫森结的电流,2e 表示载流子是由两电子组成的库珀对,ћ是普朗克常量除以2π,ψ(t )为势垒两侧超导体中宏观量子波函数的相位差,I c 是常数,称为约瑟夫森结的临界流。

量子力学中的退相干与退行之谜量子力学是描述微观世界中粒子行为的物理学理论，它揭示了一系列奇特的现象，如量子叠加、量子纠缠和量子隧穿等。

然而，在这个神奇的理论中，存在着一个令科学家们困惑已久的问题，那就是退相干与退行之谜。

退相干是指一个量子系统由于与外界环境的相互作用而失去纯态的性质，变得混合或者模糊起来。

这种现象在实际应用中经常出现，例如在量子计算和量子通信中，我们需要保持量子比特的纯态以确保计算的准确性和通信的安全性。

然而，由于环境的干扰，量子比特很容易退相干，导致信息的丢失和误差的积累。

退行是指一个量子系统由于与环境的相互作用而失去原有的量子特性，变得经典化。

在量子力学中，粒子可以处于叠加态，即同时处于多个不同的状态。

然而，当与环境发生相互作用时，这种叠加态会被破坏，粒子会退行为一个确定的状态。

这种退行现象在实验中也经常观察到，例如在量子干涉实验中，当光子与环境发生相互作用时，干涉条纹会逐渐消失，最终呈现出经典的波动现象。

退相干和退行的根本原因是量子系统与环境的相互作用。

量子系统与环境之间存在着不可避免的耦合，环境中的粒子和场会与量子系统发生相互作用，导致量子系统的退相干和退行。

这种相互作用可以通过哈密顿量的耦合项来描述，其中包含了系统与环境之间的相互作用能量。

为了解决退相干和退行的问题，科学家们提出了一系列的方法和技术。

其中一种常用的方法是量子纠错码，它通过在量子比特上加入冗余信息来保护量子态免受环境的干扰。

另一种方法是量子纠缠，它通过将量子系统与环境纠缠在一起，使得环境的信息不可获取，从而保持量子系统的纯态。

此外，还有一些基于量子控制的方法，如量子反馈和量子测量等，可以用来延缓退相干和退行的过程。

除了这些方法和技术，科学家们还在不断探索新的思路和方法来解决退相干和退行的问题。

例如，一些研究者提出了使用量子纠缠态来传输量子信息的方法，这种方法可以有效地减小环境的影响，从而延长量子系统的相干时间。

超导量子比特的耗散与退相干机制超导量子比特是一种非常有前景的量子计算和量子通信载体，由于其具有较长的相干时间和较低的逻辑误差率，成为当前量子信息科学研究的热点之一。

然而，超导量子比特在实际应用中面临着耗散与退相干的困扰，限制了其在量子计算和量子保密通信方面的进一步发展。

本文将重点讨论超导量子比特的耗散与退相干机制，并探讨可能的解决方案。

超导量子比特的耗散机制主要来源于其与环境的相互作用，包括热噪声、电磁波辐射和准粒子隧穿等。

其中，热噪声是指由于无规则的热振动而引起的随机信号干扰，是耗散的主要来源之一。

除此之外，量子比特之间的非线性耦合和频率失谐也会导致能量的泄露和退相干。

退相干是指超导量子比特在演化过程中失去相干态的特性，从而使得其无法在较长时间内保持量子叠加态和相干态的特性。

退相干的主要原因是噪声和环境干扰导致的超导量子比特能级的跃迁，从而破坏了比特之间的相干演化。

针对超导量子比特的耗散与退相干问题，科学家们提出了一系列的解决方案和技术手段。

其中一种常用的方法是通过制备更优质的超导量子比特实验样品，降低能级的退耦合速率和非线性耦合效应，从而减小耗散和退相干的影响。

另外，利用超导量子比特的非线性特性，可以设计一些退相干恢复方案，如反脉冲和测量反馈控制等。

这些方法可以在一定程度上提高比特的相干时间和逻辑门的保真度。

另一种解决超导量子比特退相干问题的方法是利用量子纠错码和量子编码技术，对超导量子比特进行纠错和编码，从而提高比特的抗干扰能力和容错率。

量子纠错码可以通过在比特之间引入附加位来纠正错误，从而实现对比特的保护和修复。

而量子编码技术可以通过对比特进行编码和解码，从而提高比特的传输速率和存储容量。

此外，超导量子比特的退相干问题还可以通过优化量子比特的设计和结构来解决。

相关研究表明，适当调整超导量子比特的能级结构和材料参数，可以减小比特与环境的相互作用，从而降低耗散和退相干的影响。

例如，引入微波共振腔可以增加比特的耦合强度和相干时间，提高比特的量子性能。

约瑟夫森结I-V特性及非线性的数值模拟彭加福（江苏科技大学数理学院，应用物理，0640502112）摘要：本文基于Matlab对约瑟夫森结（Josephson Junction）RCSJ模型的交直流I-V特性及非线性混沌现象进行数值模拟。

通过计算机数值模拟得到该模型的非线性微分方程数值解，研究了RCSJ模型中各参量对约瑟夫森结的影响，进而简要分析其I-V特性和非线性混沌现象的产生机理，绘制出约瑟夫森结的交直流I-V特性曲线、非线性微分方程的相图及因其高度非线性而引起的通过倍周期分岔和阵发性原理进入混沌状态的分岔图。

关键词：超导器件隧道效应约瑟夫森结弱耦合倍周期分岔庞加莱截面混沌1．引言自1911年荷兰科学家昂纳斯（H. K. Onnes）发现汞的超导现象以来，人们对超导进行了大量开拓性的研究，使超导理论]1[日趋成熟，与此同时，超导技术也在各个领域得到深入而广泛的应用]2[。

约瑟夫森效应的发现开拓了超导量子干涉仪（SQUID）在弱电方面的应用。

人们在对约瑟夫森效应进行研究的过程中发明了各种超导器件及应用电路]3[，促使超导技术应用的新领域——超导电子学逐渐发展起来。

在其中，因具有各种独特性（量子干涉、特殊的I-V 特性和高度的非线性等），约瑟夫森结得到广泛的研究和应用，并成为超导电子器件的核心部件。

实际使用中的约瑟夫森结总处于某一电路之中，因此，利用等效电路理论来研究和分析约瑟夫森结的物理行为是一种很有效的方法。

在各模型中，其物理行为均可用微分方程来描述，但这些方程大多不易直接求解析解，因而发展了很多间接解法]5[],4[。

其中，利用电路模拟（RCSJ模型和RSJ模型等等），如图1、图2所示，并用数值计算来研究约瑟夫森结的方法最直接，简易。

图1：RCSJ模型等效电路图2：RSJ模型等效电路Resistively Capacitance Shunted Junction Resistively Shunted Junction2． 约瑟夫森效应及约瑟夫森结简介1962年，约瑟夫森（B. D. Josephson ）提出：两块用绝缘薄层隔开且紧密地接近的超导体间，甚至在没有电势差的情况下，电子仍能够穿过绝缘薄层（隧道现象）。

2020年南阳师范学院学报总目次Ѳ地理环境与资源开发镇域尺度LUCC 时空演变及驱动力研究以仪征各镇为例张秀鹏(1.1) 河南省入境旅游客源市场的时空演变研究董勤勤,刘建中,赵俊远(1.11)基于DEA -Malmquist 模型的河南省旅游产业效率研究薛宝琪,吴亚楠(1.16) 淮河生态经济带优良景区空间结构及影响因素杨晴晴,杨效忠(3.1) 社区参与理论下传统古村落生态旅游可持续发展路径探究以西藏林芝错高村为例焦㊀敏,陈亚颦(3.10)南水北调中线工程河南段大气PM 2.5和PM 10质量浓度特征研究韩品磊,李㊀楠,王小军,等(4.1)降水对半湿润区土壤呼吸的影响研究余治雨,赵志敏,徐㊀磊(4.9) 长三角地区乡村旅游重点村空间分布特征及影响因素刘㊀姝(6.1) 旅游精准扶贫创新模式研究以伏牛山地区为例李㊀旭(6.8)Ѳ基础理论与应用技术研究关于f +b (fᶄ)n 的值分布张洪申(1.21) 非线性不确定微分方程的依逆分布稳定性陶娜娜,王㊀婷,胡培义(1.26)基于51单片机的光电型搬运机器人的设计潘建霞,张㊀帅,王志鹏(1.31)生物医用镁合金Mg -Zn -Zr 的组织性能和腐蚀降解行为研究马春华,许东光,冷玉敏(1.36)森林生物量的根冠分配特征及其影响因子分析王丽美,姜永涛,郭广猛(1.44) 农村青年教师的角色认同水平及其对心理健康的影响张㊀华,丁新胜(1.51) 贫困地区留守儿童心理环境对心理健康水平影响因素分析以河南省南召县㊁社旗县207名留守儿童为例王晓红(1.54)一类具有时滞和饱和定律的双分子模型的动力学分析王乔钰,许慧洁,易㊀秀,等(3.19) 路径积分方法研究Josephson 结量子比特系统退相干欧元锦(3.23) 钙钛矿量子点的制备以及发光性质研究刘旭焱,祝博恒(3.26) 基于子波段分离的并发双波段射频功放非线性建模张㊀萌,惠㊀明,张新刚,等(3.32) 不同土壤改良剂对重金属生物有效性的影响陈培云,高园园(3.36)㊃1㊃不同月季品种叶绿素荧光动力学参数比较研究郭国业,张㊀泽,杜㊀丽,等(3.43)动态DNA折纸计算模型的可满足性问题陈㊀哲,殷志祥,唐㊀震(3.47)抗阻力量训练在大学生减肥运动处方中的应用苏㊀杭(3.53)新时期高校学生体育结构调查研究许丽斌,江永贞(3.57)利用多期均值方法提高新陈代谢GM(1,1)模型的预测精度谢㊀波,肖东升(4.16)抛物型奇异积分算子与OSC函数的交换子的端点估计张㊀力(4.21)2-甲氧基雌二醇氯仿溶剂化物脱溶剂动力学研究李㊀雯,张瑞云,丁远民,等(4.29)民间游戏融入幼儿园课程的行动研究李㊀辉,程晓梦(4.33)改善多动症儿童学习的有效教学干预张㊀华,韩成秀(4.39)新时代河南省品牌体育赛事培育研究郭铁华,郭韶华(4.43)民族体育蹴球校本课程的开发与实践王亚立(4.48)美国高校体育教学物质环境系统及启示基于美国亚利桑那州立大学体育训练环境观研李王杰(4.51)基于SWOT分析的河南设计产业发展策略研究陈晅嵘(4.56) 三维不可压Navier-Stokes方程组模型的整体适定性邵曙光(6.13)一类p-Ginzburg-Landau型泛函径向极小元的零点分布问题聂东明,马艳丽,于㊀萍(6.20)以TiH2为Ti源热压法合成Ti3AlC2及其电传输性能研究李㊀良,陈玉奇,马世榜,等(6.24)金属卤化物低温活化甲烷的催化机理研究徐会青,张信伟(6.28)不同石榴品种果实品质的主成分分析张㊀欢,慕新浩,李㊀珂,等(6.33)基于离散马尔科夫链的虚拟仿真实验室入侵行为识别张㊀乐(6.40)联动发展打造粤港澳大湾区马拉松赛事品牌研究武胜奇(6.45)系统论视角下篮球专项运动素质训练研究刘㊀琦(6.52)Ѳ教育教学研究微课在数学师范生教学能力培养中的应用常彦妮(1.65)基于高效率模块化植物组培实验教学设计研究张乃群,杨建伟,杜㊀丽(1.69)互联网+ 下基因工程实验教学平台在实验教学中应用探索杨柯金,董冰雪,王㊀丽(1.74)对分课堂 教学模式在‘马克思主义基本原理概论“教学中的实践孟冬冬(2.56)㊃2㊃大学本科英语专业人才培养中学期成绩间相关性㊁可预测性和差异性定量研究王志平(2.60)高校生物科学专业实施 课程思政 的路径姜献群(2.65)任务驱动式教学在留学生汉语口语课堂中的应用李㊀倩(2.70)文化差异视域下商务英语翻译障碍与对策管艳郡(2.74)线性代数课程多元化教学模式初探袁玉卓(3.63)网络分析 综合型实验教学方案的设计与实施张海军,白景锋(3.66)基于MATLAB的信号与系统课程综合演示平台王志鹏,谢渝闽(3.71)基于BYOD的课堂学习模式研究张鸿军,张㊀铮(3.75)师范院校工程硕士研究生培养的实践研究以南阳师范学院为例苏新留,邢㊀祎(4.62)应用技能型专业课程考核模式改革探讨李㊀瑞,朱晓红,冯艳芳(4.66)引入合作学习策略的翻转课堂教学模式在操作系统课程教学中的应用兰义华,王建芳(4.70)互联网 下混合教学模式在分子生物学教学中的实践杨柯金,夏㊀敏(4.75)传统手工技艺传承的工作室制人才培养创新模式研究李新珂(5.57)从文化视角看‘新视野大学英语读写教程“编写李顺姬(5.62)高中历史教学中学生家国情怀的培养路径王㊀超(5.67)地方本科院校学报特色栏目建设的实践与探索 以‘南阳师范学院学报“的 语言研究栏目为例李玉恒(5.71)利用函数方程来刻画多项式的教学处理陈㊀庆,华梦霞(6.56)网络仿真软件在大型园区三层网络教学中的应用马翩翩(6.59)旅游管理省级实验教学示范中心改革与实践薛宝琪,范红艳,李蕙荞,等(6.67)城市地下空间工程专业就业结构与实践教学优化汪海波,王梦想,徐㊀俊,等(6.71)新工科背景下 城镇污水处理及再生利用工艺分析与评价 课程教学模式重构与实践赵东升(6.75)Ѳ政治研究阿玛蒂亚㊃森可行能力视角下产业扶贫的实践困境及对策肖富群,包彩娟(2.1)从三个时态看中国共产党 自我革命 的特性万㊀康(2.8)新时代中国特色社会主义法治文化建设的基本路径陈华娟(5.1)㊃3㊃治理视角下我国乡镇政府职能转变问题研究王巍熹(5.6)Ѳ法律研究20年后学生拦路打老师案 的焦点问题评析王志祥,王奕琛(2.13)预付费式 会员卡的法律规制刘㊀晋,刘菁菁(2.20)非羁押诉讼实证研究:困境与出路韩㊀旭,刘文涛(5.10)环渤海区域渔业生态环境法律保护问题研究王黎黎,武亚男,朱蒙蒙(5.19)Ѳ词学论坛晚清词人王鹏运文学创作态度论析朱存红(2.24)民国时期词学家对清代词谱的批评与重构刘少坤,王立娟(2.29)孙人和词学活动及文献考述和希林(2.36)任中敏词学研究的理念及意义姚鹏举(2.42)抗战时期 以诗为词 的接受与创新以章士钊㊁林思进㊁苏鹏为例杜运威(5.25)论民国江西词人群体赵家晨(5.33)沤社与清末民国诗词社团交游考论马㊀强(5.40)Ѳ高校管理研究地方高校卓越法治人才的培养目标及实现路径王鹏祥,陶旭蕾(2.49)大学生创业实践能力培养的途径和方法杨㊀眉(2.53)民办高校 6321 教学质量监控与评价体系构建陈文涛(5.49)我国高校生命教育现状及其对策朱德林,朱文博(5.53)㊃4㊃。