量子计算作为新一代的信息处理技术,在过去的几十年里,已经取得了相当大的发展。国内外许多科研院校与科技公司都相继加入研究,提出了许多构建量子计算系统的方案,如离子阱、量子点、核自旋和腔量子电动力学等,并进一步成功利用其独特的内在特性如量子态的叠加与纠缠性质来处理一些问题,在特定的算法上已经展现出传统经典计算机所无法比拟的优势。承担量子计算系统计算功能的基本单元是量子比特。为了进行复杂的计算工作,其调控性、稳定性、可扩展性以及相干性显得尤为重要。在这方面,具有许多先天优势的超导量子比特被公认为是极有希望实现通用量子计算的方案之一。通过成熟的半导体制备工艺,我们可以灵活地调控比特参数,大量扩展比特数目,并通过多种多样的芯片设计来实现不同的功能。比特之间可以通过直接或间接耦合构建出复杂的体系,并且可以利用成熟的微波调控技术对比特实现精确控制。目前,超导量子计算已被广泛应用于量子计算、量子光学和量子模拟领域的一系列研究中。本论文主要介绍我在硕士研究生期间从事超导量子计算方向的研究情况以及相关成果。论文第一章主要介绍量子计算的发展历程与研究背景以及量子计算相关的基础知识。第二章主要介绍一些超导量子比特的相关物理基础以及表征测控中的一些基础原理。第三章主要介绍一些实验技术工作,包括一些超导量子比特芯片的制备工艺以及对芯片的测量表征技术。目前,超导量子计算领域的发展十分迅速,正处于上升期,竞争也十分激烈,不断有新的技术新的设计方案被提出来。在芯片改良的迭代周期中,我主要负责测量表征的工作。通过分析表征测量中得到的数据评估性能发现问题,进而对芯片的制备工艺和结构设计进行不断的改进。第四章主要介绍我在研究生期间利用横场驱动控制超导量子比特系统的耗散的实验,从而实现比特的快速重置技术。超导量子计算需要大量的重复演化过程来得到完整准确的统计测量结果,而计算周期中大量的时间被用来让比特自发重置回基态,消耗计算资源,降低计算效率。利用横场驱动的技术手段,可以在不外加额外芯片结构的情况下,实现对比特的快速重置,利用此技术可以简便有效地减小计算周期时间,提高效率。第五章主要介绍我利用超导量子比特与谐振腔体系构建非厄米系统的量子模拟实验的工作。传统经典系统中,利用开放系统对非厄米课题的研究已有不少工作。但在纯量子系统中,非厄米系统特别是高阶非厄米系统方面的实验研究还较少,也是时下理论实验研究的热门课题。我在实验中利用比特与谐振腔构建了一个三阶非厄米哈密顿量,并实现了对哈密顿量的精确调控,通过理论分析和实验测量观测了其本征值的变化行为,标定了系统EP点的准确分布,为后续的实验打下了基础。最后,在第六章中,我对硕士时期完成的一些工作进行了简单总结,并结合自身的理解对超导量子计算以后可能的发展进行了预期和展望。