یکی از مهمترین و پیشرفته ترین ابزارهای مورد نیاز بشر، وسایل محاسباتی همچون رایانه ها میباشند که در چند سال اخیر با توجه به رشد و پیشرفت سریع تکنولوژی نیمه هادی سریعترین آنها ساخته شدهاند. اما رایانه-های امروزی پاسخگوی همه این نیازها نیستند. دو مسئله بسیار مهم که در آنها ضعف محسوب میشود؛ یکی سرعت انجام محاسبات است که با توجه به حد نهائی تکنولوژی ساخت ادوات نیمهه ادی و رسیدن به ابعاد نزدیک اتم، دیگر نمیتوان به سرعتهای بسیار بالاتر امیدوار بود، و دوم حل برخی مسایل بسیار پیچیده که با اینگونه رایانه ها سالها و بلکه قرنها طول خواهد کشید. درحالیکه با توجه به اصول علم کوانتوم و برخی الگوریتمهای معرفی شده، این مسایل توسط یک رایانه کوانتومی در مدت زمان بسیار بسیار کمتر به نتیجه خواهد رسید.در رایانه های کوانتومی به منظور بهرهگیری از اصول کوانتوم به بیت کوانتومی نیاز است که از بین طرح- های مختلف، بیتهای کوانتومی بر مبنای مواد ابررسانا توجه و محبوبیت بیشتری را به خود اختصاص دادهاند. تمامی تحقیقات انجام شده درباره این بیتها با در نظر گرفتن ارتباط جریان و اختلاف فاز پیوند جوزفسون به صورت سینوسی خالص بوده است. اما این یک رابطه تقریبی است و به دلیل حساسیت بسیار بالای پیوندهای جوزفسون و حالتهای کوانتومی، محاسبات دقیقتری احتیاج است.

بدین منظور آنالیزی از موضوع تونلزنی در پیوندهای جوزفسون ارایه دادهایم که در آن پس از حل دقیق معادله گینزبرگ-لاندائو با روشی نوین احتمالات تونلزنی حالتها در یک کیوبیت فاز تک پیوندی را بدست آوردهایم. در این پروژه برای اولین بار تأثیر دقیق پارامترهای خود پیوند و پارامترهای خارجی سیستم همچون عرض پیوند، سطح مقطع پیوند، جریان بایاس و میدان مغناطیسی خارجی را بررسی کرده و پس از تعریف و محاسبه معیارهای منطقی برای عملکرد بهینه کیوبیت، شرایط مناسب عملکرد و اندازهگیری حالت در آن را بدست آوردهایم.همچنین نتایج محاسبات بدست آمده را با گزارش یک آزمایش تجربی از یک گروه معتبر مقایسه نموده و هماهنگی بسیار خوبی بین این دو یافتهایم که صحت محاسبات را تأیید میکند. در ادامه مشخصات سیستمهای دوکیوبیتی تزویجی را بررسی نموده و توسط مفهوم تونلزنی دو -بعدی، ساختار جدیدی معرفی کردهایم. در سیستمهای کوانتومی تزویجی به دلیل درهمتنیدگی حالت های کوانتومی، اندازه گیری مستقل کیوبیتها امکانپذیر نیست؛ به همین دلیل سیستم پیشنهادی در این پروژه طوری طراحی شده است که همشنوایی اندازهگیری در آن قابل صرف نظر باشد.همچنین، با الهام از مدار دو کیوبیتی، سیستم تک کیوبیتی دو پیوندی طراحی نمودهایم که در آن تشابه اندازه-۹۹ % رسیده است. این تشابه اندازهگیری عالی حتی به وسیله پالس هایی با / گیری پیش بینی شده به مقدار ۹۹عرض کمتر از یک نانو ثانیه به دست میآید، در حالی که بالاترین تشابهات گزارش شده تا به امروز توسط پالس های زمانی پهن بدست آمدهاند. در انتها زمان عدم همدوسی این ساختار را بررسی نموده و بهبود قابل ملاحظه ای را در مدار طراحی شده مشاهده کرده ایم.