1. 2xJJ = SQUID 2. JJ = qubit (Wykład 3) Czy obiekty makroskopowe zachowują się kwantowo?

SQUID Superconducting Quantum Interference Device

V Rb=200W Bias resistor Wiring a SQUID… 3

SQUID - Electrical circuit Ip = persistent current = nadprzewodzący prąd wirowy – strumień magnetyczny przez pętle SQUIDa, j - faza „magnetyczna”

Critical current of the SQUID Dla F = F0/2 => g1 = 0, g2 = p => Ij1 = 0, Ij2 = 0 => dowolnie mały prąd zasilający Ib spowoduje włączenie się SQUIDu SQUID = JJ z regulowanym polem magnetycznym prądem krytycznym

Fraunhofer pattern for SQUID F/F0 Symmetric Squid is superconducting analog of 2 slits optical interferometer: applied flux - F  d*sinq - path difference Flux quantum – F0  l – wavelength For symmetric SQUID (2 x JJ):

SQUID Świat Nauki, X 1994, John Clarke

SQUID – różne konfiguracje

Moje obecne projekty… Signal SQUID Reference SQUID magnetic film 50 W coaxial lines for SQUID read-out

Pomiar magnetyzacji klastrów Magnetization coupled to SQUID F = F0 + DF(M) a. DP(IB0) IB0 b. Fig.8. Principle of measuring the cluster magnetization with SQUID. Simplified circuit (a). Two S-curves for opposite magnetization orientation (b).

SQUID – on chip design warstwa magnetyczna Złącza Josephsona

Voltage vs. phase Normal metal Superconductor Voltage drop forces current Superconductor Phase drop imposes current R r<<R The biggest phase drop in the loop on the weakest weak link All voltage drops on R

Atomic Squid…-mój poprzedni projekt 13/19 or V IAC

few channels, {ti} tunable Atomic contact 14/19 S Al film Δx pushing rod counter-support Elastic substrate Δz few channels, {ti} tunable {ti} measurable

Fraunhofer pattern for ATOMIC SQUID I0-switching current of junction alone When SQUID switches, phase across JJ is the same independently of applied magnetic flux => interference pattern is current-phase relation of atomic contact

JJ - sztuczny atom d Dyskretne poziomy energetyczne U(d) Y0(d) Dyskretne poziomy energetyczne Superpozycja stanów, qubit Oscylacje Rabiego = deterministyczna ewolucja wektora stanu Sfera Blocha

JJ = nieliniowa indukcyjność Kwantowy oscylator nieharmoniczny, Odległość między poziomami energetycznymi NIE jest ta sama = L nonlinear = Co oznacza nieliniowość indukcyjności?

Skwantowane energie w tilted washboard potential PRL, John M.Martinis et. al, Energy-Level Quantization in the Zero-Voltage State of a Current-Biased Josephson Junction

Experimental evidence(1)

Experimental evidence(2)

Limit klasyczny

Jak odróżnić stan wzbudzony od podstawowego? John M. Martinis, Superconducting phase qubits

Prototyp qubitu – spin w polu magnetycznym Geometryczna reprezentacja 2-level system – Bloch sphere Wektory bazowe: -spin równoległy do osi oz |0>; -spin antyrównoległy do osi oz |1>

B=Bz Stany |0> i |1> są stanami własnymi dla B =Bz Stan startowy: Stan końcowy: Precesja spinu wokół osi OZ || B z prędkością kątową:

B= (Bxcos(wt), 0, Bz) Rabi oscillations W rezonansie spin rotujący wokół Bz widzi stałe pole magnetyczne w kierunku osi Y’ => zaczyna względem niego obracać się* X’Y’ obraca się z wp względem osi OZ => rotating frame approximation *Można pokazać, że sinusoidalne pole w kierunku osi OX składa się z dwóch pól wirujących w przeciwnych kierunkach z prędkością w i amplitudą równą połowie amplitudy pola sinusoidalnego