Auslesen von Ladungs-Phasen-Quantenbits mit einem HF-Schwingkreis

Die als Teil des EU-Projekts „SQUBIT-2“ durchgeführten experimentellen Arbeiten konzentrierten sich im letzten Jahr auf die Optimierung der an der PTB konzipierten HF-Ausleseanordnung für ein Ladungs-Phasen-Quantenbit, d.h. den in eine supraleitende Schleife eingeschlossenen Bloch-Transistor. Bei diesem Ansatz sollen die beiden stationären Quantenzustände des Systems anhand der jeweiligen Josephson-Induktivität unterschieden werden.

Dazu wird die genannte Schleife induktiv an die Spule eines HF-Resonanzkreises gekoppelt. Aus der Verstimmung der Kreisresonanz kann dann auf die Josephson-Induktivität und damit auf den Quantenzustand geschlossen werden. Der Grad dieser Verstimmung, d.h. die Empfindlichkeit der Ausleseanordnung, hängt bei gegebenen Werten der Josephson-Induktivität wesentlich von der Kopplung zwischen Spule des Resonanzkreises und der supraleitenden Schleife sowie vom Gütefaktor des Kreises ab. Bei der Wahl geeigneter Parameter muss beachtet werden, dass ein hoher Gütefaktor auch die Auslesegeschwindigkeit des Systems begrenzt und dass ein hoher 
Koppelfaktor zur Reduzierung der Erregungsamplitude zwingt, da der oszillierende magnetische Fluss durch die Leiterschleife klein sein muss im Vergleich mit einem Flussquant Ø₀ ≈ 2·10^-15 Wb.

In der Abbildung werden die Grenzfälle der Resonanzkreisverstimmung durch die Josephson-Induktivität eines in die Schleife eingeschlossenen Einzelkontakts gezeigt. Hinsichtlich der Josephson-Induktivität ist die Situation in diesem Experiment vergleichbar mit der für ein Ladungs-Phasen-Quantenbit, die erreichte Auflösung ist hinreichend für den Ausleseprozess.