JOSEPHSON QUBITEK Josephson effektus dióhéjban Töltés és fluxus qubitek Kontrol és kiolvasás Két qubites logikai kapuk 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 Alagutazó szupraáram feszültségesés nélkül: JOSEPHSON - EFFEKTUS 1962 ami alagutazik, az egy COOPER-PÁR, amit két összekötött elektron alkot. I V 1 2 (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)

C R I Árammal előfeszített Josephson-átmenet C: az átmenet kapacitása R : ohmos átvezetés (az összes csillapítás helyett: kis csillapítás – nagy R ) : koordináta : impulzus mosódeszka-potenciál Eddig n és  „klasszikus” változók. Kvantálás?

n az átalagutazott Cooper-párok száma: akkor hasznos, ha a sajátállapotai elkülönítve preparálhatók Amivel n diszkrétté tehető, az a COULOMB-BLOKÁD! alagutazás 1-ből 2-be: a töltés és a fázis komplementer változók: ha az egyik robusztus, a másik fluktuáló

szupravezető oxid Cooper-pár doboz V g V g V g C C „offset töltés”

energiaskálák: az elfajulási pontoknál hibrid kvantumállapotok: A QUBIT ÁLLAPOTOK! V n= g

V +-+- g 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 „injektált külső töltés” : a fluxus - qubit Coope r-pár doboz (kicsi!) (nagy!)

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 …

Summary The Josephson effect can be used to manufacture at least two kinds of qubits: 1.charge 2.flux (phase) single-qubit operations pretty well controlled promising experiments on two-qubit gates