超导量子计算DC测量怎么入门

能测就能调，DC测量是超导量子比特标定的之一步。

什么是DC测量？

问：超导量子芯片拿在手里，先看什么？答：先看直流电性能。

DC测量就是用直流或极低频电信号测超导回路的I-V曲线、临界电流Ic、库珀对隧穿间隙等，一句话——不给量子比特 *** ，只看它“静”时的性格。与微波脉冲驱动的AC测量不同，这里只看稳态。

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为什么新手必须先做DC？

1. 判断芯片是否存活：如果连直流曲线都不平滑，后面不必烧微波放大器。
2. 锁准工作点：测出临界电流，才能设置后续门电压区间。
3. 低成本：一台源表+低温线缆即可，预算<2万元。

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一套最小可行设备清单

问：实验室只剩一台大学物理系的Keithley源表，够吗？
答：够，只要有下面三件“外挂”。

• 三同轴线（减少漏热、屏蔽射频），品牌不拘，长度<1 m
• 低温Bias-T（0-10 MHz信号通路，隔离地回流）
• 样品台温控器（4 K–300 K，±0.01 K稳定即可）

引用牛津仪器实验手册的话：“只要电流入地干净，<1 Ω的接触电阻就不会破坏0.1%的读数精度。”

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一步步搭线，零基础也能跑

H3 1. 芯片贴装

用低温银胶把芯片压在接地镀金铜片上，芯片背面必须“零势点”。新手常错：胶层厚度>100 µm，热漂移导致假信号。

H3 2. 线缆防热锚

将三同轴线“三步走”——
真空法兰->氦四罐->冷屏->样品台，每级留1 cm热沉铜片。
实测：如果跳过冷屏级，温度抖动0.3 K，Ic波动4%。

H3 3. 源表配置

• 模式：4-wire sense
• 扫描速率：0.1 Hz
• 电流上限：设定值的1.1倍，留10%余量防止磁通跳变

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读图三板斧

问：源表画出一条S形曲线怎么下手？

1. 找斜率突变点——两端线性区切线交点即Ic
2. 对零漂——无电流段电压<10 µV视为合格基线
3. 提取亚带隙——间隙Δ=1.764 kTc，对比实测V-I台阶验证一致性

用《低温物理学报》2024年3月的公开数据：Al超导层厚度20 nm时，实测Δ=197 µeV，与BCS理论误差仅2%。

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常见误区与调试技巧

问题1：曲线出现阶梯噪声
解决：在源表与样品间加10 kΩ镇流电阻，牺牲带宽换稳定。

问题2：Ic逐次扫描变小
解决：线圈磁通钉扎，扫前用1 mA反脉冲消磁。

问题3：室温曲线正常，4 K出现负阻
解决：地环流，换三同轴线，并确认源表高端浮地开关开启。

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个人私房经验

我之一次做DC测试是在研一寒假，实验室只剩我和一罐液氦。为了省电，我手动把液氦流速调低到每分钟0.1 L，居然连续运行了14小时。那段通宵让我明白：在低温物理里，“耐心”也是一种设备。

顺带一提，如果你的源表只能双通道，把第二通道串联一只50 Ω电阻，临时做成二线制也能跑，但误差会升5%左右，应急可行。

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拓展：如何从DC过渡到AC

DC曲线漂亮不代表能跑量子门。但临界电流+能隙=初始哈密顿量的参数输入。把这两套数据喂给Labber，就能自动生成π-脉冲的微波功率搜索范围，省掉三天的盲目扫描。

正如Richard Feynman在《The Pleasure of Finding Things Out》里说：“理解一条简单的I-V曲线，就是窥见一条通向量子世界的隧道。”