超导量子比特器件及其大规模集成综述

超导量子比特量子计算机因其成熟度以及与既有半导体制造基础设施的亲和性，成为大规模集成的最有前景的量子计算架构之一。从教育角度看，它还桥接了经典微波电子与量子电动力学。本文将综述量子计算机、超导性和约瑟夫森结的基础知识。随后，我们将介绍与DiVincenzo准则相关的重要技术和概念，这些是超导量子比特实现有用量子计算所必需的条件。首先，我们将讨论由约瑟夫森结构成的各种类型超导量子比特，理解其在多个设计参数（包括噪声抗性）之间的权衡。其次，我们将讨论实现纠缠门操作的不同方案，这是实现更高效容错量子计算的主要瓶颈。随后，我们将综述读出工程，包括Purcell滤波器和量子限幅放大器的实现。最后，我们将讨论两种水平系统缺陷的本质并综述相关研究，这些缺陷目前是限制量子比特相干时间的关键因素。DiVincenzo准则仅是技术具备量子计算资格的必要条件。要实现有用的量子计算机，仍需大规模集成。我们将综述超导量子比特器件大规模集成的方案与发展。通过与半导体器件设计自动化（EDA）的应用进行比较，我们也将综述EDA在超导量子比特量子计算机设计中的应用，这对于其大规模集成是必不可少的。