Josephson -korsningen är ett av de viktigaste elementen för att göra kvantfenomen till användbar teknik.

En ny RMIT -studie etablerar en teoretisk ram för nya optiska experiment på dessa nyckelanordningar, med konsekvenser för framtida grundläggande kvantforskning och applikationer som kvantberäkning.

Josephson junction studier

Josephson -korsningar kan bildas av två supraledande plattor, åtskilda av ett mycket tunt isolerande skikt, med elektronisk laddning som går från en platta till den andra via kvanttunnel, och är en viktig bro mellan kvantmekanik i mikroskala och praktisk teknik i makroskala.

Tillämpningar inkluderar befintliga enheter som magnetfältdetektorer (kallade SQUID), och framväxande teknik som kvantdatorer.

Josephson -korsningar är också av intresse ur ett grundläggande perspektiv, används som fysiska förverkliganden av teoretiska modeller för att studera fasövergångar och topologiska excitationer.

Tillverkningstekniken för dessa system är nu tillräckligt avancerad för att parametrarna som styr fysiken av intresse kan finjusteras med hög precision.

Växla experimentellt fokus från elektronisk transport till mikrovågor

Studier av Josephson -kopplingsenheter hittills har vanligtvis fokuserat på elektroniska transportmätningar:experimenter fäster metalliska ledningar till enheten, applicera en spänning, och mäta den resulterande utströmmen.

Dock, närvaron av dessa elektriska anslutningar oundvikligen introducerar en ytterligare bullerkälla, vilket förstör många av de kvanteffekter som experimenterande vill studera.

Dämpar detta laddningsbrus, och minimera interaktionen mellan kvantanordningen och den bullriga omvärlden, är stora utmaningar för utvecklingen av praktisk kvantteknik.

Nya experiment (Hiroshi Nakamura, Riken, Japan) har kringgått problemet med bullriga ledningar genom att placera sin enhet i en 3D-hålighet där systemet kan sonderas via mikrovågor. Detta minskar kontakten mellan enheten och miljön, möjliggör mycket renare och mer sammanhängande studier.

Experimentet som utförs är inte längre elektronisk transport, men spektroskopi.

För att maximera framgången för denna radikala nya teknik, nya metoder krävs för att beskriva experimenten teoretiskt.

Nytt teoretiskt ramverk:virvlar kopplar ihop teori till experiment

Den nya RMIT -studien fastställer en teoretisk ram för modellering av dessa spektroskopiska, mikrovågsexperiment på Josephson -korsningar.

Studien fokuserar på virvlar skapade av magnetfält som tränger genom alla slutna öglor i kretsen.

Inkommande mikrovågor kan driva övergångar mellan olika virveltillstånd, vilket leder till ett mätbart svar.

Teorin som utvecklats vid RMIT ger en allmän ram för att konstruera en beskrivning av godtyckliga plana kretsar och extrahera mätbara mängder från den underliggande teorin.

"Detta arbete förbinder teori med experiment, säger huvudförfattaren, FLEET Ph.D. studenten Sam Wilkinson. "Det kopplar teoretiska formuleringar av supraledande nätverk till mikrovågsspektroskopi -experiment, och bör öppna upp nya vägar för att designa och beskriva sammanhängande kvantsystem. "

Eftersom Josephson -övergångsarrayer kan utformas och manipuleras med stor kontroll, de gjorde idealiska modellsystem för att studera komplicerad mångkroppsfysik. Dessa system tenderar att uppvisa mycket långsiktiga interaktioner och mycket stark koppling-två funktioner som vanligtvis gör system svåra att studera teoretiskt.

"Vi hoppas att våra Josephson -korsningsstudier också kommer att hjälpa till med andra komplexa studier, "säger gruppledaren prof Jared Cole." Förhoppningsvis genom att utveckla verktyg för att förstå dessa kontrollerbara system, Vi kommer att lära oss lärdomar som kan tillämpas på andra system med hög interaktion-system där vi vanligtvis har mindre experimentell kontroll. "