JOSEPHSON QUBITEK Josephson effektus dihjban Tlts fluxus fzis

JOSEPHSON QUBITEK • Josephson effektus dióhéjban • Töltés, fluxus, fázis, transzmon qubitek • Kontrol és kiolvasás • Csatolás nanomechanikához • Alapanyag: szupravezető aluminium (1. 2 K alatt), megszakítva 1 nm-es oxid rétegekkel • Preparálás: e-nyaláb litográfiával és in-situ oxidációval

“Különösen érdekes kérdés, hogy egy átmenet két szupravezető között szupravezetőként viselkedik-e” 1926 Albert Einstein 1 2 Alagutazó szupraáram feszültségesés nélkül: JOSEPHSON - EFFEKTUS 1962 ami alagutazik, az egy COOPER-PÁR, amit két összekötött elektron alkot. V I (Josephson-egyenletek)

A fő alkalmazás: SQUID Superconducting QUantum Interference Device ezzel mérhetünk gyenge mágneses tereket fázisváltozásokból nem folyik áram a szupravezető belsejében A Föld mágneses terének 1 %-a egy mm-es körben (Feynmann)

Árammal előfeszített Josephson-átmenet • C: az átmenet kapacitása • R: ohmos átvezetés (az összes csillapítás helyett: kis csillapítás – nagy R) C I R Kontrollálható: áram, feszültség, mágneses fluxus fix I árammal: mosódeszka-potenciál

Felejtsük el az ohmos csillapítást … Árammal előfeszített Josephson-átmenet • C: az átmenet kapacitása C I R : koordináta : impulzus mosódeszka-potenciál

Eddig n és φ „klasszikus” változók. Kvantálás? a töltés és a fázis komplementer változók: ha az egyik robusztus, a másik fluktuáló n az átalagutazott Cooper-párok száma: akkor hasznos, ha a sajátállapotai elkülönítve preparálhatók alagutazás 1 -ből 2 -be:

Amivel n diszkrétté tehető, az a COULOMB-BLOKÁD! Vg V oxid szupravezető C Vg g: gate (kapu) Cooper-pár doboz Cg „offset töltés”

energiaskálák: n=0 1 2 2 Vg az elfajulási pontoknál hibrid kvantumállapotok: A QUBIT ÁLLAPOTOK!

SPLIT COOPER-PAIR BOX KÉTÁGÚ COOPER-PÁR DOBOZ Fluxussal kontrollálható csatolás!

Cooperpár doboz A qubit működés első tesztje: Induljunk az n=0 állapotból, és gyors feszültség-impulzussal jussunk el az elfajulási pontig: ott a rendszer OSZCILLÁLNI kezd a + és Nakamura, Pashkin, Tsai: Nature 398, 786 (1999) állapotok között

A mezoszkopikus rendszereknek kicsi a kapacitásuk és az Induktivitásuk: Az, hogy nem történik más, mint Cooper-pár alagutazás, akkor igaz, ha << Δ (a szupravezető gap: néhány K)

: a töltés - qubit (kicsi!) : a fluxus - qubit (nagy!)

Nem csak szintkeresztezéssel lehet qubitet találni! Más „sweet spot”: FÁZIS-QUBIT 2002 árammal előfeszítve erősen anharmonikus oszcillátorrá („PLAZMAREZGÉS” ~ LC kör rezgése) Két metastabil állapot (0, 1) és egy instabil (2) ω pulzusok: forgatás, ω : kiolvasás 01 02

Phys. Rev. A 86, 013814 (2012) TRANSZMON transmission line (mikrohullámú rezonátor) a Kicsi antenn kontroll kiolvasás itt a Josephson A rezonátor leárnyékolja az energia kapacitív részét: a Josephson-alagutazás dominál, érzéketlen a szilárd alkatrészek töltés-zajára: kis csillapítás!

THE READOUT PROBLEM of solid-state quantum devices: reading the state of a qubit is a quantum measurement, which disturbs the state of the qubit, therefore it should be OFF if not used. However, even if off, the measuring apparatus remains there, and causes decoherence! • For a charge qubit, the measuring apparatus is a quantum dot or a point contact • For a flux qubit, it is a SQUID

There are more fancy combinations , combining charge and flux qubit elements and readout devices …

Összefoglalás • 1. 2. 3. 4. • • A Josephson effektust többféle áramkörben lehet qubitek kialakítására használni: töltés (Cooper-pár doboz) fluxus fázis transzmon … qubit műveletek végezhetők és az eredményük kiolvasható; csatolt qubitek – logikai kapuk lényeges a zajtól védett konstrukció keresése

egy kis ráadás

Hűtés alapállapotig lézer nélkül, héliumhígítós hűtővel 6 GHz, 0. 25 m. K O’Connell et al. , Nature 464, 697 (2010 április 1 (!)) hűtés nem, de állapotmérés-preparálás Josephson fázis-qubittel Al N Piezoelektromos csatolás! Rezonáns energiaátadás a qubit és az oszcillátor között, a qubitről leolvasva Rossz hír: klasszikus oszcillátorral ugyanúgy megy…