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abstracto

Aplicaciones de la electrónica superconductora a la óptica cuántica y la metrología cuántica

ling-hao

Los SQUID (dispositivos superconductores de interferencia cuántica) se utilizan desde hace más de medio siglo y constituyen uno de los primeros dispositivos cuánticos macroscópicos. Los SQUID que funcionan a temperaturas de milikelvin pueden actuar como qubits para computadoras cuánticas y los informes recientes de más de 50 circuitos de qubits indican hasta qué punto se ha desarrollado la tecnología. En esta charla, el autor describirá otras dos aplicaciones de los SQUID como detectores cuánticos, centrándose en la detección de resolución de energía de espín único y fotón único. La mayoría de los dispositivos superconductores se basan en uniones de túnel Josephson de tres capas que no son fácilmente escalables a la nanoescala. Hemos desarrollado un método de fabricación de uniones Josephson, basado en la litografía por haz de electrones o el fresado por haz de iones enfocados de una sola película delgada de superconductor (generalmente Nb) que puede proporcionar tamaños de hasta 50 nm. Estos dispositivos son particularmente relevantes para dos aplicaciones principales en tecnología cuántica y metrología. En primer lugar, al reducir el tamaño del bucle SQUID y las uniones a alrededor de 200 nm, la sensibilidad del SQUID para las mediciones de magnetización se mejora al nivel en el que se puede detectar un giro de espín de un solo electrón. Esto es posible a la temperatura relativamente elevada de 4K.

Estamos trabajando con la Universidad de Surrey para implantar iones magnéticos individuales dentro del circuito SQUID para proporcionar una plataforma para probar esta combinación como base para una nueva forma de qubit que opera a temperaturas más altas que los dispositivos superconductores Transmon convencionales. Un segundo detector basado en SQUID que estamos desarrollando es un dispositivo sensor de borde de transición inductivo (ISTED) para medir la resolución de energía de fotones individuales. Esto se basa en el desarrollo de sensores de borde de transición convencionales donde detectamos el cambio de la profundidad de penetración de una pequeña película delgada de superconductor cuando absorbe un fotón. De esta forma, se puede evitar una fuente importante de ruido en los TES convencionales ya que el absorbedor permanece en estado superconductor en todo momento. De esta forma, hemos demostrado la detección de fotones individuales a 633 nm con una resolución de 0,1 eV a una temperatura de funcionamiento de 7,5 K.