A junção Josephson é um dos elementos mais importantes para transformar fenômenos quânticos em tecnologia utilizável.

Um novo estudo RMIT estabelece uma estrutura teórica para novos experimentos ópticos nesses dispositivos-chave, com implicações para futuras pesquisas quânticas fundamentais e aplicações, como computação quântica.

Estudos de junção Josephson

As junções Josephson podem ser formadas por duas placas supercondutoras, separados por uma camada isolante muito fina, com carga eletrônica viajando de uma placa para outra via tunelamento quântico, e é uma ponte importante entre a mecânica quântica na microescala e as tecnologias práticas na macroescala.

As aplicações incluem dispositivos existentes, como detectores de campo magnético (chamados SQUIDs), e tecnologias emergentes, como computadores quânticos.

Junções Josephson também são de interesse de uma perspectiva fundamental, usado como realizações físicas de modelos teóricos para estudar transições de fase e excitações topológicas.

A tecnologia de fabricação desses sistemas está agora suficientemente avançada para que os parâmetros que governam a física de interesse possam ser ajustados com um alto grau de precisão.

Mudando o foco experimental do transporte eletrônico para o microondas

Os estudos de dispositivos de junção Josephson até agora têm focado tipicamente em medições de transporte eletrônico:os experimentadores conectam condutores metálicos ao dispositivo, aplique uma voltagem, e medir a corrente de saída resultante.

Contudo, a presença dessas conexões elétricas inevitavelmente introduz uma fonte adicional de ruído, que destrói muitos dos efeitos quânticos que os pesquisadores desejam estudar.

Mitigando esse ruído de carga, e minimizar a interação entre o dispositivo quântico e o barulhento mundo exterior, são os principais desafios para o desenvolvimento de tecnologias quânticas práticas.

Experimentos recentes (Hiroshi Nakamura, Riken, Japão) contornaram o problema de condutores barulhentos, colocando seu dispositivo em uma cavidade 3-D onde o sistema pode ser sondado por meio de microondas. Isso reduz o contato entre o dispositivo e o ambiente, permitindo um estudo muito mais limpo e coerente.

O experimento que está sendo realizado não é mais o transporte eletrônico, mas espectroscopia.

Para maximizar o sucesso desta nova técnica radical, novas abordagens são necessárias para descrever os experimentos teoricamente.

Novo quadro teórico:vórtices conectam teoria a experimento

O novo estudo RMIT estabelece uma estrutura teórica para modelar esses espectroscópicos, experimentos de microondas em junções Josephson.

O estudo se concentra em vórtices criados por campos magnéticos que passam por qualquer circuito fechado do circuito.

As microondas que chegam podem conduzir a transições entre diferentes estados de vórtice, o que leva a uma resposta mensurável.

A teoria desenvolvida na RMIT fornece uma estrutura geral para construir uma descrição de circuitos planares arbitrários e extrair quantidades mensuráveis ​​da teoria subjacente.

"Este trabalho conecta a teoria ao experimento, "diz o autor principal, FLEET Ph.D. aluno Sam Wilkinson. "Ele conecta formulações teóricas de redes supercondutoras a experimentos de espectroscopia de microondas, e deve abrir novos caminhos para projetar e descrever sistemas quânticos coerentes. "

Como as matrizes de junção Josephson podem ser projetadas e manipuladas com um grande grau de controle, eles criaram sistemas de modelos ideais para estudar a complicada física de muitos corpos. Esses sistemas tendem a exibir interações de longo alcance e acoplamento muito forte - duas características que normalmente tornam os sistemas difíceis de estudar teoricamente.

"Esperamos que nossos estudos de junção Josephson ajudem em outros estudos complexos também, "diz o líder do grupo, Prof Jared Cole." Esperançosamente, desenvolvendo ferramentas para entender esses sistemas controláveis, aprenderemos lições que podem ser aplicadas a outros sistemas altamente interativos - sistemas onde normalmente temos menos controle experimental. "