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制造实用量子计算机最关键的步骤之一是设计可扩展且高效的超导量子比特。量子比特的相干时间、个体间的连接性以及环境噪声抑制，是决定其性能成败的关键因素。由于可采用光刻技术制造且对电荷噪声敏感性较低，基于Transmon架构的超导量子比特已成为可扩展平台的首要候选方案。 该研究团队通过设计迭代、材料分析与仿真模拟相结合的方法应对超导量子比特优化挑战。利用Qiskit Metal工具设计了4量子比特和8量子比特的Transmon布局方案，并对每个量子比特进行了独立分析。研究人员通过Ansys HFSS软件研究了非线性特性，提取本征频率并计算多轮设计中的参与度参数，同时确定了前五个能量本征态。随后在COMSOL Multiphysics中构建了单量子比特设计的二维截面模型，用以评估不同材料对性能的影响。这种方法使该团队能够配置多种超导材料和基底，并探究其对能量损耗与电磁特性的影响——材料选择会显著影响量子比特相干性和整体器件质量。 这种融合材料模拟与电路设计的综合框架，为构建可靠的超导量子比特系统提供了可行方案，也为持续探索可扩展、容错的量子计算奠定了实践基础。