3He/ 4He Mischkühler mit Vektormagnet
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der beschaffte Mischkühler mit 3D Vektormagnet stellt ein zentrales Großgerät für die Forschungsarbeiten des Walther-Meißner-Instituts (WMI) im Bereich festkörperbasierte Quantensysteme dar. Es bildet den Kern des im Jahr 2010 fertiggestellten „WMI Quantum Science Laboratory“. Die Beschaffung des Geräts hat es dem WMI insbesondere ermöglicht, im Bereich der Physik festkörperbasierter Quantensysteme und der Quanteninformationsverarbeitung seine Aktivitäten auf die Untersuchung von neuartigen Hybridsystemen aus supraleitenden und magnetischen Materialien sowie nanomechanischen Systemen zu erweitern. Das Großgerät wurde seit Inbetriebnahme überwiegend für die Durchführung folgender Forschungsprojekte genutzt: 1. Sonderforschungsbereich 631 a. Teilprojekt A3: Superconducting Quantum Circuits as Basic Elements for Quantum Information Processing: In diesem Teilprojekt wird das quantenkohärente Verhalten von supraleitenden Quantenbits untersucht. Da diese Experimente mK-Temperaturen benötigen, werden sie in 3He/4He Mischkühlern durchgeführt. b. Teilprojekt A8: Cavity Quantum Electrodynamics with Superconducting Devices: Schwerpunktthema dieses Teilprojekts ist die Schaltkreis-Quantenelektrodynamik, bei der die Kopplung von Photonen eines Mikrowellenresonators mit künstlich Atomen untersucht wird, die mit supraleitenden Quantenschaltkreisen realisiert werden. Wichtige Fragestellungen betreffen z.B. die Erzeugung und Detektion von nicht-klassischen Mikrowellenzuständen oder die Verschränkung von supraleitenden Quantenbits über Mikrowellenresonatoren c. Teilprojekt C3: Fundamentals of Quantum Logic Gates in Silicon: In Halbleitern kommen mehrere Arten von “atomartigen Zuständen“ für die Anwendung in Quanteninformationssystemen in Frage. In TP C3 stehen Phosphor-Donatoren in isotopenreinem 28Si im Mittelpunkt. Für ihre Untersuchung ist das beschaffte Großgerät optimal geeignet (mK- Temperaturen in Kombination mit Magnetfeldern mit variabler Richtung). 2. Exzellenzcluster Nanosystems Initiative Munich (NIM) Circuit Electro-Nanomechanics: Nanomechanische Systeme sind viel versprechend für die Untersuchung des quantenmechanischen Verhaltens von makroskopischen Systemen. Mit Hilfe des beschafften Großgeräts wurden neuartige Experimente zum Grundzustandskühlen von nanomechanischen Oszillatoren, zum Quetschen von Quantenzuständen oder zur kohärenten Wechselwirkung zwischen Phononen und Mikrowellenphotonen ermöglicht. 3. EU Marie Curie Network for Initial Training (call identifier FP7-PEOPLE-2010-ITN), Projekttitel: Circuit and Cavity Quantum Electrodynamics (CCQED) 4. EU Collaborative Project (call identifier FP7-ICT-2011-C), Projekttitel: Quantum Propagating Microwaves in Strongly Coupled Environments (PROMISCE) 5. International Graduate School "Exploring Quantum Matter (ExQM)", Elitenetzwerk Bayern (ENB): Zielsetzung der Forschungsarbeiten in ExQM ist die Realisierung und Untersuchung von künstlicher Quantenmaterie, um daraus ein Verständnis für das komplexe Verhalten von korrelierten Elektronensystemen zu entwickeln. Mit dem beschafften Großgerät können Quantensimulationsexperimente auf der Basis supraleitender Schaltkreise bei mK-Temperaturen durchgeführt werden. Aus diesen Forschungsprojekten ist bereits eine Vielzahl von Publikationen entstanden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Electromechanically induced absorption in a circuit nanoelectromechanical system. New J. Phys. 14, 123037 (2012)
Fredrik Hocke, Xiaoqing Zhou, Albert Schliesser, Tobias J. Kippenberg, Hans Huebl, Rudolf Gross
- Path Entanglement of Continuous-Variable Quantum Microwaves. Phys. Rev. Lett. 109, 250502 (2012)
E. P. Menzel, R. Di Candia, F. Deppe, P. Eder, L. Zhong, M. Ihmig, M. Haeberlein, A. Baust, E. Hoffmann, D. Ballester, K. Inomata, T. Yamamoto, Y. Nakamura, E. Solano, A. Marx, R. Gross
- Control of microwave signals using circuit nano-electromechanics. Nature Physics 9, 179-184 (2013)
Xiaoqing Zhou, F. Hocke, A. Schliesser, A. Marx, H. Huebl, R. Gross, T.J. Kippenberg
- Gradiometric flux qubits with tunable gap. New Journal of Physics 15, 045001 (2013)
M. J. Schwarz, J. Goetz, Z. Jiang, T. Niemczyk, F. Deppe, A. Marx, R. Gross
- High Cooperativity in Coupled Microwave Resonator Ferrimagnetic Insulator Hybrids. Phys. Rev. Lett. 111, 127003 (2013)
H. Huebl, Ch. Zollitsch, J. Lotze, F. Hocke, M. Greifenstein, A. Marx, R. Gross, S.T.B. Goennenwein
- Squeezing with a flux-driven Josephson parametric amplifier. New. J. Phys. 15, 125013 (2013)
L. Zhong, E. P. Menzel, R. Di Candia, P. Eder, M. Ihmig, A. Baust, M. Haeberlein, E. Hoffmann, K. Inomata, T. Yamamoto, Y. Nakamura, E. Solano, F. Deppe, A. Marx, R. Gross
- Tunable coupling engineering between superconducting resonators: from sidebands to effective gauge fields. Phys. Rev. B 87, 134504 (2013)
B. Peropadre, D. Zueco, F. Wulschner, F. Deppe, A. Marx, R. Gross, J.J. García-Ripoll
- Circuit Electromechanics with a Non-Metallized Nanobeam. Appl. Phys Lett. 105, 123106 (2014)
M. Pernpeintner, T. Faust, F. Hocke, J.P. Kotthaus, E.M. Weig, H. Huebl, R. Gross
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.4896419) - Determination of effective mechanical properties of a double-layer beam by means of a nano-electromechanical transducer. Appl. Phys. Lett. 105, 133102 (2014)
F. Hocke, M. Pernpeintner, Xiaoqing Zhou, A. Schliesser, T.J. Kippenberg, H. Huebl, R. Gross
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.4896785) - Dual-Path Methods for Propagating Quantum Microwaves. New J. Phys. 16, 015001 (2014)
R. Di Candia, E. P. Menzel, L. Zhong, F. Deppe, A. Marx, R. Gross, E. Solano
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/1/015001)
