WMI deutsch

Walther-Meissner-Institut
Bayerische Akademie der Wissenschaften
WMI
Lehrstuhl E23 für Technische Physik, TUM
Prof. Dr. Rudolf Gross
Diplomarbeit/Masterarbeit
3.05.2007
Spektroskopie der Quantenzustände in JosephsonKontakten mit ferromagnetischen Barrieren
Die faszinierende Physik von Quantensystemen und die Vision, mit Hilfe von Qubits (=Quantenbits, d.h. quantenmechanische Zwei-Niveau-Systeme mit genügend großer Quantenkohärenz) Quanteninformationssysteme zu realisieren, hat zur Entwicklung des neuen interdisziplinären Fachgebiets der Quanteninformationsverarbeitung (QIV)
geführt, das auf Ideen und Konzepte aus der Informationstheorie, der Physik und der Mathematik zurückgreift.
Dabei bedient sich die QIV fundamental neuer Konzepte, die kein klassisches Analogon haben (z.B. Verschränkung
von Zuständen). Quantencomputer könnten unter Ausnutzung quantenmechanischer Prinzipien gewisse Aufgaben
sehr viel schneller bewältigen als klassische Computer. Festkörperbasierte Systeme zeichnen sich dabei besonders
durch ihre Flexibilität und Skalierbarkeit aus.
Am Walther-Meissner-Institut werden im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 631 – Festkörperbasierte QIV:
Physikalische Konzepte und Materialaspekte – supraleitende Qubits untersucht. Aufgrund der Energielücke im Supraleiter erwartet man ausreichend lange Kohärenzzeiten für supraleitende Qubits. Im speziellen beschäftigen wir
uns mit sogenannten Fluss- bzw. Phasenqubits, in denen Information in Form von unterschiedlich zirkulierenden
Ringströmen bzw. unterschiedlichen Phasendifferenzen über Josephson-Kontakte gespeichert ist. Eine elegante
Möglichkeit, störunempfindliche supraleitende Qubits zu realisieren ist der Einsatz von Phasenbias-Elementen. Die
hierbei benötigten Phasendifferenzen können mit Hilfe so genannter -Josephson-Kontakte generiert werden, bei
denen die Strom-Phasen-Beziehung um  verschoben ist. -Josephson-Kontakte lassen sich zum Beispiel mit Hilfe
von Supraleiter/Ferromagnet/Supraleiter (SFS) Kontakten verwirklichen. Diese weisen nur einen Freiheitsgrad auf
und können im Bereich sehr tiefer Temperaturen als quantenmechanischer anharmonischer Oszillator beschrieben
werden. Die Abstände der diskreten Energiezustände entsprechen Photonenfrequenzen im Gigahertz-Bereich.
Durch Einstrahlung von Mikrowellen ist es daher möglich, Übergänge zwischen den Quantenzuständen zu induzieren und damit den Zustand der SFS-Kontakte zu kontrollieren und auszulesen. Dies liefert die Grundlage zur Manipulation supraleitender Qubits.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit sollen die quantenmechanischen Zustände in SFS-Kontakten bei sehr tiefen Temperaturen spektroskopisch untersucht werden, indem die
Kontakte Mikrowellenstrahlen geeigneter Frequenz ausgesetzt werden. Die Experimente werden hierzu in einem
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He-4He Mischkryostaten im Millikelvin-Bereich durchgeführt. Diese Diplomarbeit bietet die Möglichkeit, verschiedenste Messtechniken und Arbeitsmethoden auf dem Gebiet der Tieftemperaturphysik kennenzulernen. Insbesondere werden hochempfindliche Messmethoden zur Untersuchung von Josephson-Kontakten in stark abgeschirmter
Umgebung sowie Hochfrequenz-Messtechniken im Gigahertz-Bereich eingesetzt.
Wenn Du Lust hast, in unserem Team im Bereich der
hochaktuellen Forschung an supraleitenden Qubits mitzuarbeiten, dann wende Dich an Dr. Achim Marx (email:
[email protected], Tel.: 089/289-14211, Zimmer 111) oder Prof. Dr. Rudolf Gross (email: [email protected], Tel.: 089/289-14202, Zimmer 101).
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