Dekohärenz in Josephson-Quantenbits aufgrund von Ladungs- und Spin-Fluktuatoren

• Antragsteller: Professor Dr. Gerd Schön; Professor Dr. Alexander Shnirman
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 255576543

Das Niveau der kohärenten Kontrolle von Quantenschaltungen im Allgemeinen und von Josephson Kontakten im Besonderen ist in den letzten Jahren beachtlich gestiegen. Die wichtigsten Quellen der Dekohärenz wurden identifiziert und/oder durch sorgfältiges Design der Schaltungen unterdrückt. Als Ergebnis liegen die Kohärenzzeiten von Josephson Qubits heute routinemäßig im Bereich von mehreren zehn bis sogar hunderten von Mikrosekunden. Die verbleibenden Quellen des Rauschens sind subtiler. Sie liegen vor allem an den Eigenschaften der für die Schaltungen verwendeten Materialien bzw. daran, dass die Umgebung der Schaltungen nicht im thermischen Gleichgewicht ist. Die Untersuchung dieser Effekte stellt das Thema des vorliegenden Antrags dar. Dabei verfolgen wir zwei Ziele. Zum einen wollen wir dazu beitragen, die Kohärenzzeiten der Quantenschaltungen zu verlängern. Zum anderen wollen wir ein besseres Verständnis der Materialeigenschaften erreichen, die durch die Fortschritte in der Qubit-Technologie zugänglich wurden. Speziell wollen wir zwei Schwerpunkte verfolgen: (i) Die Eigenschaften von 2 Niveau Systemen (TLS) in den Josephson Kontakten und deren Konsequenzen für dielektrische Verluste, Ladungsrauschen und Fluktuationen im kritischen Strom. Wir werden die Mechanismen der Relaxation der Qubits aufgrund ihrer Kopplung an die TLS untersuchen ebenso wie die der intrinsischen Dissipation der TLS in einem Festkörper. Wir werden auch die Folgen der Wechselwirkung zwischen den TLS untersuchen. In Kombination mit den experimentellen Fortschritten bei der Rauschspektroskopie durch Josephson Qubits hoffen wir so ein besseres Verständnis der mikroskopischen Natur der TLS zu finden. (ii) Die Effekte von paramagnetischen Spins auf Oberflächen und in Grenzflächen. Sie erscheinen verantwortlich zu sein für das 1/f-Rauschen des magnetischen Flusses. Wir werden das Wechselspiel zwischen Spindiffusion, Spindämpfung und Spinglasphysik untersuchen. Das Ziel ist es, die statistischen Eigenschaften des magnetischen Flussrauschens, d.h. die genaue Frequenz -und Temperaturabhängigkeit des 1/f-artigen Rauschspektrums sowie der nicht-Gaussschen Eigenschaften (Rauschen des Rauschens) zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Privatdozent Dr. Boris Narozhny