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

A Föld mágneses terének 1 %-a egy mm-es körben (Feynmann) 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)

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

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

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! szupravezető oxid Cooper-pár doboz V g C g: gate (kapu) „offset töltés”

2 energiaskálák: V az elfajulási pontoknál hibrid kvantumállapotok: A QUBIT ÁLLAPOTOK!

A qubit működés első tesztje: Cooper-pár 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 állapotok között - Nakamura, Pashkin, Tsai: Nature 398, 786 (1999)

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

TRANSZMON transmission line (mikrohullámú rezonátor) Phys. Rev. A 86, 013814 (2012) TRANSZMON transmission line (mikrohullámú rezonátor) Kicsi antenna 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 A Josephson effektust többféle áramkörben lehet qubitek kialakítására használni: töltés (Cooper-pár doboz) fluxus fázis transzmon … qubit műveletek végezhetők és az eredményük kiolvasható lényeges a zajtól védett konstrukció keresése