Experimental investigation of quantum coherence in Josephson circuits with superconductor-ferromagnet-superconductor pi-junctions

• Antragsteller: Professor Dr. Alexey V. Ustinov, Ph.D.; Dr. Alexander Zorin
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 63915341

Der Einsatz von Supraleiter-Ferromagnet-Supraleiter (SFS) Josephson-Kontakten mit invertierter Strom-Phasen Beziehung, entsprechend einer Josephson Phasenverschiebung von π, kann das Anwendungspotential supraleitender Schaltungen signifikant erweitern. In der ersten Phase dieses Projektes wurde gezeigt, dass Josephson π-Kontakte basierend auf Niob-(S) und CuNi-(F)Materialien einfach mit der verfügbaren Multilagen Niobtechnologie integriert werden können, was sowohl digitale als auch Quantenschaltkreise ermöglicht. Insbesondere wurde keine Verschlechterung der Quantenkohärenz eines Phasen-Qubits durch Einfügen eines π-Kontaktes festgestellt, zumindest nicht auf einer Zeitskala von mehreren Nanosekunden, der typischen Zeitskala für Nb Phasen-Qubits mit konventionellem Design. Motiviert durch diesen Erfolg wollen wir in diesem Antrag die Grenzen der Dekohärenz von Phasen-Schiebern basierend auf SFS-Kontakten untersuchen, indem die Relaxation und Dephasierung der Energie in diesen Bauteilen nach Anregung bei Mikrowellenfrequenzen ausgemessen wird. Kürzlich erzielte Verbesserungen der Kohärenzeigenschaften von Niob Quantenschaltungen mit symmetrischem Potential und neue Ideen für einen optimierten Entwurf der Josephson Qubits werden wir sorgfältig weiter ausarbeiten. Unser Ziel ist es, SFS π-Kontakte zusammen mit Josephson Fluss-Qubits und quartischen Phasen-Qubits zu integrieren und zu charakterisieren. Diese zwei Typen von Qubits können an einem symmetrischen (magischen) Punkt betrieben und ausgelesen werden und sind deshalb potentiell weniger anfällig für verschiedenste Dekohärenzeinflüsse. Eine längere Kohärenzzeit dieser Qubits erlaubt Rückschlüsse über mögliche Effekte der π-Kontakte, die die notwendige Phasen-Voreinstellung in diesen Schaltungen sicher stellt. Diese Resultate werden verglichen mit Ergebnissen aus einem Noise-Modell bei diesen Kontakten. Die physikalischen Parameter dafür werden experimentell bestimmt. Wir hoffen, dass unsere Untersuchungen den Weg für vielfältige Anwendungen von SFS π-Kontakten bei Quanten-Informationsschaltungen bereiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Beteiligte Person: Professor Dr. Valery Ryazanov