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采用原子尺度建模的材料工程是开发量子比特和量子传感器的关键工具。然而传统密度泛函理论（DFT）无法完整捕捉相关物理机制，包括超导性、表面态等关键特征及其动力学过程。在可模拟系统尺寸方面也存在重大挑战，尤其对量子计算应用至关重要的热学性质仿真更为突出。 QuantumATK工具将基于LCAO基组的DFT与非平衡格林函数相结合，用于计算超导体-绝缘体界面特性以及拓扑绝缘体表面态。该软件还利用机器学习力场来模拟热学性质，并生成大规模体系中的真实非晶结构。最后，将超导量子比特和传感器描述为双势阱建模的两能级系统需要多体物理方法，本文展示了如何通过原子尺度紧束缚模型的单粒子能级引入电子-电子相互作用，从而实现对真实双量子点系统的描述。