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在典型的微制造电子设备中 ， 电流由电子或空穴通过非相干传输进行传输 。 与其他载体和块状金属或半导体材料的许多非弹性碰撞 。 观察到的电流是在施加偏压下 ， 在不稳定和高度无序运动的背景下的平均漂移过程 。 在这种情况下 ， 不可能发生相干量子运动 。 在过去十年左右的时间里 ， 已经制造出如此小巧和完美的新设备 ， 以至于在低温下 ， 传输主要由弹性散射过程控制 。
【通常，二维简并电子气形成在两种不同半导体材料之间的原子平坦界面处】这种制度被称为介观电子学 ， 这是一个基于非常经典的描述的熟悉的电子规则不再适用的制度 。 例如 ， 在这个领域 ， 科学家们发现欧姆定律失效 ， 电导可以以电阻量子e2/2h为单位进行量化 ， 其中e是电子电荷 ， h是普朗克常数 。 介观电子学的许多突破都是通过寻找限制电荷载流子可以移动的维度数量的方法而取得的 。 在二维简并电子气中 ， 电子被限制在一个平面上移动 ， 并且在一个方向上具有非常严格的限制 。
通常 ， 二维简并电子气形成在两种不同半导体材料之间的原子平坦界面处 。 在磁场中 ， 二维简并电子气中电荷载流子的运动可以表现出高度量子行为 ， 例如量子霍尔效应 ， 这只能通过放弃独立带电粒子的概念并诉诸量子多体理论来解释 。 当运动受到二维限制时 ， 就形成了一条量子线 。 量子线可以表现出全新的电子特性 ， 例如量子化电导 。 最后 ， 当所有三个维度的运动都受到限制时 ， 就会形成一个量子点 。
限制在所有三个维度中的电子或空穴具有一组离散的能量 ， 非常类似于人造原子 。 量子点种类繁多 ， 例如包含数千个电子的二维简并电子气中的表面栅极定义的俘获区、自组装半导体量子点或化学合成的纳米晶体 ， 具有俘获的激子 ， 以及半导体中掺杂原子上的束缚单电荷 。 超导量子干涉装置可能是相干量子电子装置最著名的例子 。 超导量子干涉装置是一种超导环 ， 约瑟夫森结是两个超导体之间电流流动的绝缘屏障 。
超导量子干涉装置是一种独特的超导电子设备 ， 发现于1960年代中期 ， 是最灵敏的磁场探测器 。 商业超导量子干涉装置可以测量比地球磁场小一千亿倍的磁场 。 使用这种传感器 ， 可以很容易地检测到像在人脑中流动的电流的磁性特征一样微弱的信号 。 1980年代 ， 诺贝尔奖获得者发现了高温超导体 ， 它只需要廉价的液氮而不是昂贵的液氦来冷却 ， 为更多的实际应用铺平了道路 。 高温超导体是脆性陶瓷 ， 很难制成有用的结构 。
然而 ， 密集的研究导致了芯片上固态超导元件和器件的开发 ， 使用薄膜沉积技术以及与半导体行业核心相同的光学和电子束光刻处理技术 。 与上面讨论的相干量子电子学中的其他一些想法相比 ， 超导量子干涉装置技术已经得到了很好的发展 。 尽管如此 ， 还有很多工作要做 ， 包括可能应用于量子计算机 。 然而 ， 还有一个严重的障碍需要克服 。 超导量子干涉装置通常处于具有某个相位的稳健宏观量子态中 。
但是 ， 要制造量子计算机 ， 需要将超导量子干涉装置置于同时具有0相和π相的叠加态 。 这是基本量子逻辑比特或量子比特的特征 ， 经过多年努力 ， 最近才在超导量子干涉装置中观察到它 。 问题在于超导量子干涉装置是一种宏观量子态 ， 它对与环境的某些类型的退相干相互作用不具有鲁棒性 。 任何准备0和π的叠加状态的尝试总是以超导量子干涉装置迅速塌陷为0或π而告终 。 超导回路的最新变体是单库珀对盒 。
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