Достижения в области автомобилестроения
Открытый доступ

Абстрактный

Применение сверхпроводящей электроники в квантовой оптике и квантовой метрологии

Ling Hao

СКВИДы (сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства) используются уже более полувека и представляют собой одно из первых макроскопических квантовых устройств. СКВИДы, работающие при температурах милликельвина, могут выступать в качестве кубитов для квантовых компьютеров, а недавние сообщения о более чем 50 кубитных схемах показывают, насколько далеко продвинулась эта технология. В этом докладе автор опишет два других применения СКВИДов в качестве квантовых детекторов, сосредоточившись на обнаружении с разрешением энергии одиночного спина и одиночного фотона. Большинство сверхпроводящих устройств основаны на трехслойных туннельных переходах Джозефсона, которые нелегко масштабировать до наномасштаба. Мы разработали метод изготовления перехода Джозефсона, основанный на электронно-лучевой литографии или фрезеровании сфокусированным ионным пучком одной тонкой пленки сверхпроводника (обычно Nb), который может обеспечивать размеры до 50 нм. Эти устройства особенно актуальны для двух основных приложений в квантовой технологии и метрологии. Во-первых, за счет уменьшения размера петли СКВИДа и переходов до примерно 200 нм чувствительность СКВИДа для измерений намагниченности повышается до уровня, на котором может быть обнаружен одиночный переворот спина электрона. Это возможно при относительно высокой температуре 4К. 

Мы работаем с Университетом Суррея над имплантацией отдельных магнитных ионов в петлю SQUID, чтобы обеспечить платформу для тестирования этой комбинации в качестве основы для новой формы кубита, работающего при более высоких температурах, чем обычные сверхпроводящие устройства Transmon. Второй детектор на основе SQUID, который мы разрабатываем, — это индуктивный датчик края перехода (ISTED) для измерений с разрешением по энергии одиночных фотонов. Он основан на разработке обычных датчиков края перехода, где мы обнаруживаем изменение глубины проникновения небольшой тонкой пленки сверхпроводника, когда она поглощает фотон. Таким образом, можно избежать основного источника шума в обычных TES, поскольку поглотитель все время остается в сверхпроводящем состоянии. Таким образом, мы продемонстрировали обнаружение одиночных фотонов на длине волны 633 нм с разрешением 0,1 эВ при рабочей температуре 7,5 К.