約瑟夫森接面

約瑟夫森接面是兩塊超導體中間夾著一層極薄的絕緣層，薄到成對的電子可以悄悄穿隧過去而不產生電阻。它是超導量子晶片中最關鍵的一個元件：它是唯一一種既能儲存和釋放能量卻幾乎不以熱的形式把能量耗散掉、同時又表現出非線性的電路元件。正是這種組合，讓我們能從一個電路裡雕出一個乾淨的量子位元。

兩條簡單的關係描述了它。流過接面的電流取決於兩塊超導體之間的相位差 phi，即 I = Ic sin(phi)，其中 Ic 是它能承載的最大電流。而只要接面兩端存在電壓 V，相位就會隨時間累積，即 V = (hbar / 2e) dphi/dt。因為電流隨相位呈正弦變化而不是直線，接面就像一個電感值會隨通過電流改變的電感。普通的線圈或電容給出的是等間距的能階，像一架每根橫桿都一樣的梯子，沒什麼用；而接面的非線性把橫桿擠得疏密不均，使最低的兩個能階與其餘能階的間距不同。於是你可以只驅動這一個躍遷而忽略其餘的，這一對能階就是你的量子位元。

麻煩在於，量子位元的頻率取決於 Ic，而 Ic 又由氧化層位障的厚度決定，精度要細到幾個原子。製造上的微小差異會讓每個接面的頻率發生偏移，在擁有許多量子位元的晶片上，這些頻率就會開始相互碰撞。要在整片晶圓上把接面做得既準確又可重複，是當今打造更大規模量子處理器最棘手的未解難題之一。