Förderprojekte

Förderbeginn 01.07.2005

Experimentelle Untersuchung von supraleitenden Flussquantenbits

Prof. Dr. Alexey Ustinov
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Lehrstuhl für Eperimentalphysik (Supraleitung)

Prof. Dr. John Clarke
University of California, Berkeley
Physics Department

Makroskopische Quantensysteme ermöglichen durch die Verwendung von standardmässiger Technologie zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen eine sehr flexible Konstruktion eines Quantencomputers. Wir werden Experimente an Quantenbits durchführen, welche aus nanostrukturierten elektronischen Schaltkreisen basierend auf Josephson Tunnelkontakten bestehen. Supraleitende Quantenbit- schaltkreise haben zwei grosse Vorteile: die Kohärenz des supraleitenden Kondensates und die reduzierte Menge an Freiheitsgraden des supraleitenden Zustandes. Der Fokus unserer Arbeit wird auf Flux- und Vortexqubits gerichtet sein, um nach dem Ursprung von ungewollten Resonanzen zu suchen, welche kürzlich in ähnlichen Strukturen gefunden wurden. Wir hoffen, Aufschluss über die Natur dieser noch unverstandenen Zweiniveausysteme geben zu können, welche die Kohärenz von supraleitenden Qubits beschränken.

Abschlussbericht
Im Rahmen dieser Zusammenarbeit wurde die BaCaTec-Förderung verwendet, um zwei Reisen von Prof. Alexey Ustinov nach Berkeley sowie einen Besuch von Prof. John Clarke in Erlangen zu ermöglichen. Prof. Ustinov verbrachte im ganzen etwa vier Monate während seines Forschungsfreisemesters im Herbst und Winter 2005 bis 2006 am Physics Department der Universität von Kalifornien in Berkeley. Der Hauptschwerpunkt dieser Zusammenarbeit lag in Experimenten mit supraleitenden Fluss-Quantenbits. Die Fähigkeit, die Kopplung zwischen Quantenbits (Qubits) an- und auszuschalten ist notwendig zur Realisierung von Quantenalgorithmen, die eine große Zahl von Qubits einschließen. Diese Art von Kontrolle konnte von uns an zwei Qubits gezeigt werden, die über ihre Gegeninduktivität sowie ein supraleitendes Quanteninterferometer (SQUID) gekoppelt waren. Das SQUID wurde hierbei auch zum Auslesen des Flusszustandes der Qubits verwendet, wobei der Biasstrom im supraleitenden Zustand eine Änderung der dynamischen Induktivität des SQUIDs zur Folge hat. Die Kopplungsenergie konnte so kontrollierbar auf Null reduziert sowie in ihrer Polarität geändert werden. Die experimentelle Demonstration einer einstellbaren Kopplung zwischen supraleitenden Quantenbits ist deshalb unser wichtigstes Resultat. Das Ergebnis dieser Zusammenarbeit ist im Artikel "Solid-State Qubits with Current-Controlled Coupling” von T. Hime, P. A. Reichardt, B. L. T. Plourde, T. L. Robertson, C.-E. Wu, A. V. Ustinov, and John Clarke, zusammengefasst und wurde im Science Magazin Nr. 314, 1427 (2006) veröffentlicht.