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量子计算作为量子力学和信息科学的交叉学科近年来受到了人们越来越多的关注。超导量子计算是其中的有力竞争者之一，它采用先进的半导体平面工艺，从而在器件的集成化方面有着其它系统无法比拟的优势。随着量子计算研究的发展，超导器件中的宏观量子现象的研究也取得了很大的成就。本论文研究以约瑟夫森结为核心的超导位相量子比特器件的制备和其中的若干宏观量子现象，主要研究成果有: 1、超导Re膜具有较高的超导转变温度Tc和出色的表面抗氧化性，在超导量子器件的研究方面具有独特的优越性。我们采用平面多层膜工艺制备了Re/Al-AlOx/Re约瑟夫森隧道结，测量的R-T曲线表明Te膜的Tc为4.8 K,转变宽度为0.2 K。隧道结在温度为0.3 K下的I-V曲线显示了极小的漏电流，结的能隙电压约为2△/e=1.1 mV，正常态电阻为RN=22.5Ω，临界电流密度为Jc=750 A/cm2。 2、采用与Re结相似的平面多层膜工艺制备了Al/AlOx/Al结，设计并制备了以Al结为核心的rf-SQUID型位相量子比特。器件的各个参数均能准确地控制，使其满足制备超导位相量子比特的要求。作为一个人工的二能级量子系统，我们测量它的能量弛豫时间T1和纯退位相时间Tψ，并观测了宏观量子隧穿、拉比振荡、Ramsey干涉等宏观量子现象。 3、合作搭建了用于测量超导量子比特的稀释制冷机平台。超导量子比特中测量的信号很微弱，极易受到外部各种噪声的干扰，我们采用了多种方法来降低系统噪声，实现了在稀释制冷机平台上测量超导量子比特的要求。 4、在电流偏置的约瑟夫森结这一最简单的位相量子比特中，我们测量到了Goychuk等预言的，但实验中尚未观测到的量子随机同步现象，并发现了调制引起的量子噪声抑制和稳定性增强等现象。采用独立确定的器件参数得到的数值计算结果与实验结果吻合非常好。 5、超导位相量子比特可以作为一个阶梯型的人工三能级系统。我们研究了强耦合场作用下发生能级劈裂的Autler-Townes效应。Autler-Townes劈裂可以应用于光子开关，为此我们重点研究了在强探测场、有双光子过程时的特性。