[論文レビュー] A scalable, tunable qubit, based on a clean DND or grain boundary D-D junction

A. M. Zagoskin|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 1999

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、クリーンなDNDまたはグレインバウンダリーD-Dジャンクションを用い、二重簡約な基底状態と非量子化された自発的磁束を利用する、スケーラブルで調整可能な超伝導キュービットを提案する。キュービットの状態は超伝導相の差の符号に符号化されており、調整可能なジョセフソン結合を通じてコherentな操作が可能であり、固体状態量子コンピューティングにおける統合的でマルチキュービット操作の道筋を示している。

ABSTRACT

Unique properties of a ballistic DND or grain boundary D-D junction, including doubly degenerate ground state with tunable potential barrier between the "up" and "down" states and non-quantized spontaneous magnetic flux, make it a good candidate for a solid state qubit. The role of quantum "spin" variable is played by the sign of equilibrium superconducting phase difference on the junction, which is revealed in the direction of spontaneous supercurrent flow in equilibrium. Possibilities of design-specific simultaneous operations with several integrated qubits are discussed.

研究の動機と目的

• 量子情報処理のための高いスケーラビリティと調整可能性を有する固体状態キュービットアーキテクチャの開発を目的とする。
• ボールスティックDNDまたはグレインバウンダリーD-Dジャンクションが有する、二重簡約な基底状態のような特異な量子特性を活用することを目的とする。
• 調整可能なジョセフソン結合と位相差の操作を通じて、キュービット状態のコherent制御を可能とすることを目的とする。
• このプラットフォームを用いて、複数の統合キュービットを同時に操作する可能性を検討することを目的とする。
• 非量子化磁束を有する超伝導ジャンクションに基づく、スケーラブルな量子コンピューティングのための設計フレームワークを提供することを目的とする。

提案手法

• ボールスティックDNDまたはグレインバウンダリーD-Dジャンクションを用い、二重簡約な基底状態を有する系を構築する。
• ジャンクションを貫く平衡状態における超伝導相の差の符号を、キュービットの自由度として採用する。
• 平衡状態における自発的超電流の流れを活用し、相の差の符号を特定することで、磁性系におけるスピンに類似した性質を示す。
• ゲート電圧や磁場などの外部パラメータを用いて、「上」および「下」の状態間のポテンシャル障壁を調整する。
• 非量子化された自発的磁束を支持するようにジャンクションを設計し、離散的なフラックス量子数の制約なしにキュービット状態を連続的に制御可能にする。
• 平面的プロセスと統合が可能なため、複数の同様のキュービットを同時に制御可能なスケーラブルなアーキテクチャを設計する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クリーンなDNDまたはグレインバウンダリーD-Dジャンクションは、キュービット符号化に適した安定した二重簡約な基底状態を支持できるか？
• RQ2 ジャンクションを貫く位相差の符号を、頑健なキュービット自由度としてどのように定義できるか？
• RQ3 外部制御パラメータを用いて、キュービットをどの程度調整可能かつコherentに操作できるか？
• RQ4 複数の同様のキュービットを、同時に制御可能な能力を有するように統合するための設計原則は何か？
• RQ5 ジャンクション内に非量子化された自発的磁束が存在する場合、より高い調整可能性とスケーラビリティが実現可能か？

主な発見

• DNDまたはグレインバウンダリーD-Dジャンクションは、「上」および「下」の位相状態間の調整可能なポテンシャル障壁を有する二重簡約な基底状態を支持する。
• キュービット状態は、平衡状態における超伝導相の差の符号に符号化されており、これは自発的超電流の流れの方向を決定する。
• 系は非量子化された自発的磁束を示し、離散的フラックス量子数の制約なしにキュービット状態を連続的に調整可能である。
• ジャンクション構造が平面的プロセスと相性が良いことから、キュービットは本質的にスケーラブルである。
• 適切に設計された結合ジオメトリと制御パラメータを用いることで、複数キュービットの同時操作が可能である。
• 調整可能でコherentかつ統合可能なキュービット操作を実現する点で、本プラットフォームは固体状態量子コンピューティングの有望な道筋を提供する。