量子计算是一种基于量子力学原理的新型计算模式,量子纠缠和量子叠加性使得在同一时刻量子系统能携带多个基态的信息,并且量子门操作能同时影响所有基态,这给量子计算带来了无与伦比的并行计算能力。科学家利用这一原理设计了各种量子算法,如Shor算法、Grover算法等,证明了在解决特定问题时,量子计算机能够超越经典计算机。然而依靠目前所能实现的操控精度,制造一台实用的量子计算机来运行Shor算法可能需要集成上百万个物理量子比特,这在未来的20年内可能都很困难。所以科学家设定了一个小目标,在不进行纠错的情况下,用少量的物理比特,进行随机量子门操作,以此来从实验上证明量子计算机相比于经典计算机的优势。本论文介绍了个人在硕士阶段的所学与所思。论文结构大致如下:第一章介绍了量子计算的背景,给出了实现量子计算机的必要条件以及量子计算在各个系统中的进展。超导系统因其良好的可扩展性和易操控性已成为最有希望实现量子计算的候选系统之一。第二章介绍了超导量子电路的基础知识,阐明了量子电路是如何构造出量子比特的,即所谓的人造原子。第三四章是本文的主体,第三章介绍了超导量子比特的基本调控手段,并对可调耦合的Gmon进行了耦合强度的标定,成功观察到比特和中心腔的耦合强度随外加磁场的变化而变化。第四章讲述了利用随机量子电路来证明量子计算相比于经典计算的优越性。实验上用9个比特的全连通结构来制备混沌态并利用机器学习构建模型来预测实验末态分布,实验结果的误差率在1%/Cycle/Qubit之内。第五章是总结和展望。