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Abstrato

Aplicações da eletrônica supercondutora à óptica quântica e à metrologia quântica

Ling Hao

Os SQUIDs (dispositivos de interferência quântica supercondutores) estão em uso há mais de meio século e constituem um dos primeiros dispositivos quânticos macroscópicos. Os SQUIDs operando em temperaturas de milikelvin podem atuar como qubits para computadores quânticos e os relatórios recentes de mais de 50 circuitos de qubits indicam o quanto a tecnologia se desenvolveu. Nesta palestra, o autor descreverá duas outras aplicações de SQUIDs como detectores quânticos, com foco na detecção de resolução de energia de spin único e fóton único. A maioria dos dispositivos supercondutores depende de junções de túnel Josephson de três camadas que não são facilmente escaláveis ​​para a nanoescala. Desenvolvemos um método de fabricação de junção Josephson, com base na litografia de feixe de elétrons ou moagem de feixe de íons focado de uma única película fina de supercondutor (Nb geralmente) que pode fornecer tamanhos de até 50 nm. Esses dispositivos são particularmente relevantes para duas aplicações principais em tecnologia quântica e metrologia. Primeiro, ao diminuir o tamanho do loop SQUID e das junções para cerca de 200 nm, a sensibilidade do SQUID para medições de magnetização é melhorada para o nível em que uma única inversão de spin de elétron pode ser detectada. Isso é possível na temperatura relativamente elevada de 4K. 

Estamos trabalhando com a Surrey University para implantar íons magnéticos únicos dentro do loop SQUID para fornecer uma plataforma para testar essa combinação como base para uma nova forma de qubit operando em temperaturas mais altas do que os dispositivos supercondutores Transmon convencionais. Um segundo detector baseado em SQUID que estamos desenvolvendo é um dispositivo sensor de borda de transição indutiva (ISTED) para medições de resolução de energia de fótons únicos. Isso se baseia no desenvolvimento de sensores de borda de transição convencionais, onde detectamos a mudança da profundidade de penetração de uma pequena película fina de supercondutor quando ele absorve um fóton. Dessa forma, uma grande fonte de ruído em TES convencionais pode ser evitada, pois o absorvedor permanece no estado supercondutor o tempo todo. Dessa forma, demonstramos a detecção de fótons únicos a 633 nm com resolução de 0,1 eV na temperatura operacional de 7,5 K.