Entwicklung von supraleitenden Quantenbits zur universellen Analyse von Materialdefekten

• Antragsteller: Dr. Jürgen Lisenfeld
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276467699

Das Ziel dieses Vorhabens ist, supraleitende Quantenbits (Qubits) für die experimentelle Erforschung mikroskopischer Tunnelsysteme (TLS) in verschiedenen Materialien einzusetzen. TLS entstehen aus strukturellen Materialdefekten und erfuhren in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit, da sie für störendes Rauschen in einer Vielzahl von mikrostrukturierten Systemen verantwortlich gemacht werden. In unserer vorausgehenden Arbeit haben wir gezeigt, dass man Qubits als leistungsstarke Werkzeuge zur Untersuchung von Materialdefekten einsetzen kann, weil sie vollständigen Zugriff auf die kohärenten Quantenzustände einzelner TLS ermöglichen. Im ersten Teil des Projektes wurden alle für die Experimente nötigen Vorarbeiten abgeschlossen, einschließlich des experimentellen Aufbaus, des Probendesigns, sowie der Erstellung eines geeigneten Rezeptes zur Probenherstellung. Auch entwickelten wir eine neue Methode, um einzelne TLS mittels Mikrowellenresonatoren zu charakterisieren, und konnten erstmals die Verteilung von TLS in Transmon-Qubits spektroskopisch abbilden. Die beantragte Fortführung des Projektes hat zum einen Ziel, die ausstehenden Experimente aus der ersten Förderperiode abzuschließen. Diese betreffen die Kopplung von selbst hergestellten Qubits an TLS in verschiedenen Materialen und Alkalihalogenidkristallen. Darüber hinausgehende neue Ziele sind die Untersuchung der Wechselwirkung von Qubits und Resonatoren mit nicht-stationären TLS ensembles, die Kontrolle von TLS über elektrische DC-Felder, sowie einer Studie zur Entstehung und Vermeidung von Oberflächen-TLS. Wir erwarten, dass unser Projekt weiterhin wertvolle Beiträge zum Verständnis der fundamentalen Eigenschaften von TLS liefern wird und insbesonders dabei hilft, die Entstehung parasitärer TLS in mikrostrukturierten Quantenschaltkreisen aufzuklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen