La jonction Josephson est l'un des éléments les plus importants pour transformer les phénomènes quantiques en technologie utilisable.

Une nouvelle étude RMIT établit un cadre théorique pour de nouvelles expérimentations optiques sur ces dispositifs clés, avec des implications pour les futures recherches et applications quantiques fondamentales telles que l'informatique quantique.

Études de jonction Josephson

Les jonctions Josephson peuvent être formées par deux plaques supraconductrices, séparés par une couche isolante très fine, avec une charge électronique voyageant d'une plaque à l'autre par effet tunnel quantique, et constitue un pont important entre la mécanique quantique à l'échelle microscopique et les technologies pratiques à l'échelle macroscopique.

Les applications incluent les dispositifs existants tels que les détecteurs de champ magnétique (appelés SQUID), et les technologies émergentes telles que les ordinateurs quantiques.

Les jonctions Josephson sont également intéressantes d'un point de vue fondamental, utilisé comme réalisations physiques de modèles théoriques pour étudier les transitions de phase et les excitations topologiques.

La technologie de fabrication de ces systèmes est maintenant suffisamment avancée pour que les paramètres régissant la physique d'intérêt puissent être affinés avec un degré élevé de précision.

Déplacement de l'objectif expérimental du transport électronique vers les micro-ondes

Les études sur les dispositifs de jonction Josephson à ce jour se sont généralement concentrées sur les mesures de transport électroniques :les expérimentateurs attachent des fils métalliques au dispositif, appliquer une tension, et mesurer le courant de sortie résultant.

Cependant, la présence de ces connexions électriques introduit inévitablement une source de bruit supplémentaire, qui détruit nombre des effets quantiques que les expérimentateurs souhaitent étudier.

Atténuant ce bruit de charge, et minimiser l'interaction entre le dispositif quantique et le monde extérieur bruyant, sont des défis majeurs pour le développement de technologies quantiques pratiques.

Des expériences récentes (Hiroshi Nakamura, Riken, Japon) ont contourné le problème des conducteurs bruyants en plaçant leur appareil dans une cavité 3D où le système peut être sondé par micro-ondes. Cela réduit le contact entre l'appareil et l'environnement, permettant une étude beaucoup plus propre et plus cohérente.

L'expérience en cours n'est plus le transport électronique, mais la spectroscopie.

Pour maximiser le succès de cette nouvelle technique radicale, de nouvelles approches sont nécessaires pour décrire théoriquement les expériences.

Nouveau cadre théorique :les vortex relient la théorie à l'expérimentation

La nouvelle étude RMIT établit un cadre théorique pour la modélisation de ces expériences micro-ondes sur les jonctions Josephson.

L'étude se concentre sur les tourbillons créés par les champs magnétiques passant à travers toutes les boucles fermées du circuit.

Les micro-ondes entrantes peuvent entraîner des transitions entre différents états de vortex, ce qui conduit à une réponse mesurable.

La théorie développée au RMIT fournit un cadre général pour construire une description de circuits planaires arbitraires et extraire des quantités mesurables de la théorie sous-jacente.

"Ce travail relie la théorie à l'expérimentation, " dit l'auteur principal, FLOTTE Ph.D. étudiant Sam Wilkinson. "Il relie des formulations théoriques de réseaux supraconducteurs à des expériences de spectroscopie micro-ondes, et devrait ouvrir de nouvelles voies pour concevoir et décrire des systèmes quantiques cohérents."

Étant donné que les matrices de jonction Josephson peuvent être conçues et manipulées avec un grand degré de contrôle, ils ont fait des systèmes modèles idéaux pour étudier la physique complexe à N corps. Ces systèmes ont tendance à présenter des interactions à très longue distance et un couplage très fort, deux caractéristiques qui rendent généralement les systèmes difficiles à étudier théoriquement.

"Nous espérons que nos études de jonction Josephson aideront également avec d'autres études complexes, ", déclare le chef du groupe, le professeur Jared Cole. "J'espère que en développant des outils pour comprendre ces systèmes contrôlables, nous apprendrons des leçons qui peuvent être appliquées à d'autres systèmes hautement interactifs, des systèmes sur lesquels nous avons généralement moins de contrôle expérimental. »