[논문 리뷰] A scalable, tunable qubit, based on a clean DND or grain boundary D-D junction

A. M. Zagoskin|arXiv (Cornell University)|1999. 03. 10.

Physics of Superconductivity and Magnetism참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 깨끗한 DND 또는 격자 결함이 있는 D-D 접합을 기반으로 하며, 이중으로 degenerate된 기본 상태와 비정량화된 자발적 자기장 투과율을 활용하여 확장 가능하고 조절 가능한 초전도 큐비트를 제안한다. 큐비트의 상태는 초전도 위상 차이의 부호에 의해 인코딩되며, 조절 가능한 조지프슨 결합을 통한 공명 제어가 가능하고, 고체 상태 양자 컴퓨팅에서 통합적이고 다중 큐비트 연산을 위한 길을 열어준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 양자 정보 처리를 위한 고도로 확장 가능하고 조절 가능한 고체 상태 큐비트 아키텍처를 개발하기 위해.
• 구배가 없는 DND 또는 격자 결함이 있는 D-D 접합의 고유한 양자적 성질, 예를 들어 이중으로 degenerate된 기본 상태를 활용하기 위해.
• 조절 가능한 조지프슨 결합과 위상 차이 조작을 통해 큐비트 상태의 공명 제어를 가능하게 하기 위해.
• 이 플랫폼을 통해 다수의 통합 큐비트에서 동시에 작동하는 것이 가능한지 탐색하기 위해.
• 비정량화된 투과 자기장과 함께 초전도 접합을 기반으로 한 확장 가능한 양자 컴퓨팅을 위한 설계 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• 구배가 없는 DND 또는 격자 결함이 있는 D-D 접합을 사용하여 이중으로 degenerate된 기본 상태를 갖는 시스템을 구축한다.
• 접합을 가로질러 평형 상태에서의 초전도 위상 차이의 부호를 큐비트 자유도로 활용한다.
• 평형 상태에서 자발적인 초전류 흐름을 이용하여 위상 차이의 부호를 드러내며, 이는 자성 물질에서 스핀과 유사하다.
• 게이트 전압 또는 자기장과 같은 외부 매개변수를 통해 '위' 및 '아래' 상태 사이의 잠재 에너지 장벽을 조절한다.
• 비정량화된 자발적 자기장 투과율을 지원하도록 접합을 설계하여 큐비트 상태의 연속적 제어를 가능하게 한다.
• 다양한 큐비트를 동시에 제어할 수 있도록 설계된 결합 기하학적 구조를 통해 확장 가능한 아키텍처를 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 깨끗한 DND 또는 격자 결함이 있는 D-D 접합이 큐비트 인코딩에 적합한 안정적인 이중으로 degenerate된 기본 상태를 지원할 수 있는가?
• RQ2 접합을 가로질러 위상 차이의 부호는 어떻게 안정적인 큐비트 자유도로 정의될 수 있는가?
• RQ3 외부 제어 매개변수를 통해 큐비트를 얼마나 조절하고 공명적으로 제어할 수 있는가?
• RQ4 다수의 이러한 큐비트를 동시에 제어할 수 있는 능력과 함께 통합하기 위한 설계 원칙은 무엇인가?
• RQ5 접합 내에서 비정량화된 자발적 자기장 투과율이 향상된 조절 가능성과 확장성 가능성을 제공할 수 있는가?

주요 결과

• DND 또는 격자 결함이 있는 D-D 접합은 '위' 및 '아래' 위상 상태 사이의 조절 가능한 잠재 에너지 장벽을 갖는 이중으로 degenerate된 기본 상태를 지원한다.
• 큐비트 상태는 평형 상태에서의 초전도 위상 차이의 부호에 의해 인코딩되며, 이는 자발적 초전류 흐름의 방향을 결정한다.
• 시스템은 비정량화된 자발적 자기장 투과율을 나타내어 이산적인 자기장 투과율 양자 제약 없이 큐비트 상태를 연속적으로 조절할 수 있다.
• 큐비트는 접합 구조가 평면형 제조 공정과 큰 회로에 통합 가능한 데 기인하여 본질적으로 확장 가능하다.
• 다양한 큐비트에 대한 동시에 작동은 맞춤형 결합 기하학과 제어 매개변수를 통해 가능하다.
• 이 플랫폼는 조절 가능하고 공명적이며 통합 가능한 큐비트 작동을 갖춘 고체 상태 양자 컴퓨팅을 위한 유망한 길을 제공한다.