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超导约瑟夫森结是实现超导量子比特的基本元件，了解和掌握它的宏微观量子特性是应用它实现量子比特运算的必需条件。我们是国内最早开始进行超导量子比特试验研究的两个单位之一，在超导量子比特基本元件——约瑟夫森结的宏观量子特性的测量及其制备方面做了深入细致的研究工作，本论文的工作主要包括以下三个方面：
一、 超导量子比特测量测量方案的确定和测量系统的搭建
比较了国际现有的几种微弱信号的测量方法，采用了通过对时间的测量来获得单个约瑟夫森结(JJ)跳变电流统计分布P(I)的测量方法，并搭建了测量电路。此外，根据超导量子比特宏微观量子特性在理论上的工作环境要求，采用牛津公司生产的Kelvinox400MX的高性能稀释制冷机实现了超导量子比特测量所需的毫度级温区。该致冷系统的最低温度可至8mk(空载时)，载有样品时最低温度可至16mk。实验结果表明该测量方案、测量电路和致冷系统的可行性。目前该测量系统能稳定和高效地工作。
二、相位量子比特基本元件—约瑟夫森结宏观量子特性的测量系统的降噪和测量结果研究
在测量过程中，噪声是影响P(I)测量的主要因素。所以，在第一阶段工作的基础上，在测量电路中不断尝试，采取了一系列的降噪措施，如加入铜粉滤波器、采用独立地线等等，通过不断的实验追踪各种降噪方法的实际效果，最终克服了测量电路中噪声的影响。目前测量系统完全可以测量到量子效应起主导作用下的P(I)曲线。目前正在通过在约瑟夫森结上加上一定幅值和频率的微波信号的方法，以期测量到约瑟夫森结的微观量子特性，如Rabi振荡等。
三、相位量子比特基本元件—约瑟夫森结的制备和研究
研究比较了约瑟夫森结常用材料Al和Nb的优缺点后，选择制备具有Al/Al2O3/Al结构的约瑟夫森隧道结(Al结)。在比较了各种Al结的制备方法后，采用了电子束蒸发镀膜和悬空掩膜—倾斜角度蒸发法制备Al结。搭建了整套制备系统，包括真空系统、蒸发系统和离子源等。在系统搭建期间解决了真空系统漏气、蒸发系统中电子枪工作的跳电故障、无法正常蒸镀薄膜等问题。同时，摸索了电子束蒸发镀膜的薄膜沉积环境参数，目前已能稳定沉积一定厚度的薄膜，沉积速率最高可达2 A/s，稳定速率一般为0.8-0.9A/s。