Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Aufgaben

Der Arbeitsbereich dieser Gruppe liegt in der Herstellung und Messung von supraleitenden Schaltkreisen mit Josephson-Tunnelkontakten, die ein hervorstechendes Quantenverhalten aufweisen. Diese Schaltkreise zeigen beispielhaft die Anwendung fundamentaler Gesetze der Quantenmechanik auf makroskopische Festkörpersysteme. Aufgrund der inhärenten makroskopischen Kohärenz der supraleitenden Kondensate sind diese metallischen Schaltkreise besonders für die Konstruktion von Quanten-Bauteilen geeignet. Diese Bauteile werden daher entwickelt, um zum einen die elektrische Messtechnik auf die Detektion von Quantensignalen mit höchster Auflösung zu verfeinern und außerdem das Wissen über die Physik solcher metallischer Schaltkreise hinsichtlich der Realisierung der elektrischen Quantennormale und von Quanteninformations-Bauteilen zu vertiefen.

Das Paar quantenmechanisch konjugierter Variablen für diese Systeme sind der magnetische Fluss (oder, äquivalent, die Josephson-Phase) und die elektrische Ladung. Wir sind in der Lage, das Quantenregime für diese beiden kollektiven Variablen mithilfe der kleinen Eigenkapazitäten der verhältnismäßig kleinen Tunnelkontakte zu erreichen. (Die Tunnelkapazität ist hier äquivalent zur Masse eines effektiven Quantenteilchens dessen Koordinaten-Variable der Fluss und der Impuls die elektrische Ladung ist.) Die Technologie zur Herstellung solcher Josephson-Kontakte und der auf ihnen basierenden Schaltkreise ist in unserer Arbeitsgruppe verfügbar. Das Hauptproblem im Entwurf solcher makroskopischen Schaltkreise ist ihre schnelle (in der Größenordnung von Mikrosekunden) Dekohärenz, die aufgrund der Kopplung der kollektiven Variablen des Schaltkreises an die Freiheitsgrade der Umgebung, d.h. zum Beispiel aufgrund der fluktuierenden elektromagnetischen Signale in der Kontroll- und der Ausleseleitung oder auch der Freiheitsgrade innerhalb des Schaltkreises selbst. Daher ist das Ziel unserer Forschungsaktivitäten die Optimierung der Quanten-Schaltkreise und die Verbesserung der Auslese der Quanteninformation mit einem Minimum an Rückwirkung.

Hauptaufgaben der Gruppe sind:

• Entwurf und Herstellung von supraleitenden Schaltkreisen, die als Quanten-Zwei-Zustandssysteme, d.h. Qubits, sowie als nichtlineare Oszillatoren mit ausreichend langer Kohärenzzeit arbeiten.
  
  
• Entwicklung einer Messstrategie für diese Schaltkreise, was sowohl die Anwendung linearer wie nichtlinearer dispersiver Messtechnik beinhaltet, d.h. Einzelschuss-Projektionsmessungen und die Realisierung quantenlimitierter Messungen.  

Kontakt

Arbeitsgruppenleiter		Dr. Ralf Dolata Tel.: 0531-592-2247 E-Mail: Ralf Dolata
Anschrift		Physikalisch-Technische Bundesanstalt AG 2.45 Bundesallee 100 38116 Braunschweig