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! 第 "# 卷! 第 $ 期 南 京 邮 电 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) %&’( "#! )&( $
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利用超导量子电路中的宏观量子相干性测量弱磁场
陈劲丹,于! 扬
南京大学 国家固 体微结构实验室,江苏 南京
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摘! 要:超导量子电路可以被等效地看作人造原子,其内部能级结构随外磁场而变化 。这里根据这些超导量子电
路中的宏观量子相干性,设计了一种新型的磁强计。这种磁强 计不仅体积小,而且具有低耗散和高灵敏度的优点。
正因为此,它在读取诸如超导磁通量子比特等量子纳米设备方面,具有很大的应用前景。
关键词:宏观量 子相干性;D0E3 振荡;磁通量子比特
中图分类号:FG##,F+HC! ! ! 文献标识码:A! ! ! 文章编号:#HI"JG+"C($*##)*$J**I+J*+
Detect Weak Magnetic Field with Macroscopic Quantum Coherence in
Superconducting Quantum Circuits
CHEN Jin-dan,YU Yang
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Key words:?0>.&8>&B3> O-0/9-? >&N7.7/>7;D0E3 &8>3’’093&/;1’-S O-E39
收稿日期:$*#*J*GJ$*
基金项目:国家 重 大 科 学 研 究 计 划( $*##MTC$$#*+,$*##MTA**$*G )、国 家 自 然 科 学 基 金( C#*$#**",#*I$G+#G )、江 苏 省 自 然 科 学 基 金
(TU$*#**#$)资助项目
通
讯作者:于! 扬! 电话:(*$G)V"HVGGG"! WJ?03’::-:0/4X /2-( 7<-( >/
0 引 言
超导量子干涉仪(@Y5Z[)是目前最灵敏 的磁通
探测器。它可以用来测量许多与磁通相关的物理
量,只要这些物理量能被转换 成磁场、电流、电压等。
它一般分为两类,一类是直流超导量子干涉仪( <>
@Y5Z[
),就是一个嵌有两个 ,&87BN8&/ 结的超导环;
另一类是射频超导量子干涉仪( .1 @Y5Z[),是一个
只嵌有一个 ,&87BN8&/ 结超导环。在这两种情况下,
超导环围住的总磁通都正好是磁通量子
Φ
*
\ h / $e
的整数倍,并且超导量子干涉仪的输出是环内外加
磁通的周期函数,该周期为
Φ
*
。通过最优设计,我
们可以 探 测 到 的 能 量 变 化 可 以 接 近 一 个 量 子 极
限
h
[# ] +]
。
迄今为止,灵敏度最高的是由传统超导体制造
的直流超导量子干涉仪。为了获得最大的灵敏度,
人们在直流超导量子干涉仪 两端并联上电阻使之过
阻尼,并使用了一个在毫米量级的螺旋式的输人线
圈来有效地将信号藕合进干涉仪
[#,"]
。然而,在探
测诸如超导量子比特的量子纳米器件方面,这些设
计是不适用的。首先,干涉仪的强阻尼会引起像超
导磁通量子比特一类量子器件的退相干。其次,毫
米量级的输人线圈也没有足 够的空间分辨率来测量
微米尺度的器件。
因此,欠阻尼直流超导量子干涉仪是磁通量子
比特的主要读数器
[G ] C]
。改变干涉仪环内的磁通可
以调制其临界电流 I
c
,于是可以根据临界电流的变
化读出量子比特的磁通数 。但是,受热涨落和量子