Изоляция джозефсоновского кубита от электромагнитного окружения

Abstract

Рассмотрены два аспекта изоляции джозефсоновского потокового (зарядово-потокового) кубита от внешнего диссипативного электромагнитного окружения: выбор оптимальной топологии сверхпроводящего контура кубита и пассивная фильтрация планковского излучения на входе цепи регистрации состояния кубита. При считывании состояния макроскопического квантового объекта («шредингеровского кота») методом непрерывных нечетких измерений связь с окружением, непосредственная и через присоединенные цепи, является причиной быстрой потери когерентности суперпозиционных состояний. Обсуждаются коэффициенты связи с внешним электромагнитным окружением и вопросы их минимизации для плоских (2D) и объемных (3D) конструкций контура квантования кубитов. Проведен анализ характеристик низкотемпературных комбинированных широкополосных фильтров, предназначенных для эффективного уменьшения электромагнитного шума в цепях управления и измерения. Экспериментально показано, что криогенный порошковый Cu–CuO фильтр, установленный непосредственно в измерительную цепь, приводит к существенному подавлению обратного влияния охлаждаемого HEMT-усилителя на кубит.

Розглянуто два аспекти ізоляції джозефсонівського потокового (зарядово-потокового) кубіту від зовнішнього дисипативного електромагнітного оточення: вибір оптимальної топології надпровідного контура кубіту і пасивна фільтрація планківського випромінювання на вході ланцюга реєстрації стану кубіту. При прочитуванні стану макроскопічного квантового об’єкту («шредінгерівського кота») методом безперервних нечітких вимірювань зв’язок з оточенням, безпосередній і через приєднані ланцюги, є причиною швидкої втрати когерентності суперпозиційних станів. Обговорюються коефіцієнти зв’язку із зовнішнім електромагнітним оточенням і питання їх мінімізації для плоских (2D) і об’ємних (3D) конструкцій контура квантування кубітів. Проведено аналіз характеристик низькотемпературних комбінованих широкосмугових фільтрів, які призначені для ефективного зменшення електромагнітного шуму в ланцюгах керування і вимірювання. Експериментально показано, що кріогенний порошковий фільтр Cu–CuO, що встановлений безпосередньо у вимірювальний ланцюг, приводить до істотного пригнічення зворотного впливу охолоджуваного HEMT-підсилювача на кубіт.

We consider two aspects of isolation of Josephson flux (charge-flux) qubit from an external dissipative electromagnetic environment, (i) making choice of an optimal topology of the superconducting qubit circuit and (ii) passive filtering of Planck radiation at the input of the qubit state registration circuit. When reading the state of a macroscopic quantum object (“Schrö- dinger’s cat”) with the weak continuous measurement technique, the coupling to the environment, both direct and through the connected circuits, is the cause of the rapid loss of coherence of superposition states. The coefficients of coupling to the external electromagnetic environment are discussed, as well as the problem of their minimization for flat (2D) and bulk (3D) designs of the qubit quantization loops. The analysis of the characteristics of low-temperature combined broadband filters designed to effectively reduce the electromagnetic noise in the control and measurement circuits is done. It is shown experimentally that the cryogenic powder Cu–CuO filter mounted directly to the measuring circuit leads to a significant suppression of the back action of a cooled HEMT amplifier to the qubit.