具有Washer型输入线圈的超导量子干涉放大器的制备与表征

超导量子干涉仪(SQUID)放大器具有低输入阻抗、低噪声、低功耗等优点, 目前被广泛用于微弱信号的检测领域. 与其他工艺相比, Nb/Al-AlO_x/Nb结构的约瑟夫森结具有相对较高的转变温度(T_c)、高的磁通电压调制系数以及良好的热循环能力、较宽的临界电流范围, 因此是制备SQUID放大器的很好选择. 设计并制作了欠阻尼、过阻尼约瑟夫森结以及具有Washer型输入线圈的单SQUID放大器, 通过在He³制冷机3 K温区下对器件电流-电压特性进行测量, 得到良好的结I-V特性曲线、SQUID调制特性, 初步实现利用SQUID进行放大作用, 并计算了SQUID的电流分辨率. 此项工作对于超导转变边沿传感器读出电路的实现具有重要的意义.     

Characterization of barrier-tunable radio-frequency-SQUID for Maxwell's demon experiment

We present the design, fabrication, and characterization of a barrier-tunable superconducting quantum interference device(SQUID) qubit for the study of Maxwell's demon experiment. In this work, a compound Josephson junction(CJJ)radio-frequency(RF)-SQUID qubit with an overdamped resistively shunted direct-current(DC)-SQUID magnetometer is used to continuously monitor the state of the qubit. The circuit is successfully fabricated with the standard Nb/Al-Al Ox/Nb trilayer process of our laboratory and characterized in a low noise measurement system, which is capable of measuring coherent dynamics of superconducting qubits, in an Oxford dilution refrigerator. All circuit parameters are determined accurately by fitting experimental data to theoretical analysis and simulation, which allows us to make a quantitative comparison between the results of the experiment and theory.     

Modulation depth of series SQUIDs modified by Josephson junction area

The superconducting quantum interference device(SQUID) amplifier is widely used in the field of weak signal detection for its low input impedance, low noise, and low power consumption. In this paper, the SQUIDs with identical junctions and the series SQUIDs with different junctions were successfully fabricated. The Nb/Al-AlO_x/Nb trilayer and input Nb coils were prepared by asputtering equipment. The SQUID devices were prepared by a sputtering and the lift-off method.Investigations by AFM, OM and SEM revealed the morphology and roughness of the Nb films and Nb/Al-AlO_x/Nb trilayer.In addition, the current–voltage characteristics of the SQUID devices with identical junction and different junction areas were measured at 2.5 K in the He~3 refrigerator. The results show that the SQUID modulation depth is obviously affected by the junction area. The modulation depth obviously increases with the increase of the junction area in a certain range. It is found that the series SQUID with identical junction area has a transimpedance gain of 58 ? approximately.     

用于超导量子计算的三维谐振腔仿真研究

在三维传输子超导量子位系统中,三维空间微波谐振腔代替了传统的共面波导谐振腔。文中对适用于传输子超导量子位的三维空间谐振腔进行了输入输出耦合强度、材料电导率和腔体表面粗糙度等因素的仿真分析,得到了谐振腔最低本征模式(TE101)的谐振频率、有载品质因子、插入损耗与这些因素之间的变化关系。     

具有光学结构的超导纳米线吸收效率的仿真

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)的系统探测效率由纳米线与光子的耦合效率、纳米线的吸收效率以及纳米线吸收光子后能产生电压脉冲的本征量子效率决定。设计了一种带有防反射层、谐振腔、布拉格反射镜等结构的SNSPD。利用COMSOL软件的射频模块对这种新型结构的SNSPD进行了仿真,结果表明具有光学结构的SNSPD将有助于提高系统探测效率。     

基于超导量子比特的电磁感应透明研究进展

超导量子计算是目前被认为最有希望实现量子计算机的方案之一. 超导量子比特是超导量子计算的核心部件. 如何尽可能的增加超导量子比特的退相干时间, 大规模的集成超导量子比特已成为超导量子计算研究的主要方向. 超导量子比特作为宏观的人工原子, 有许多量子光学现象都能够在其中观测到. 利用超导量子比特实现电磁感应透明为研究超导量子比特的退相干机理提供了新手段, 为研究非线性光学、光存储、光的超慢速传输等量子光学效应开辟了新思路. 本文介绍了电磁感应透明的理论基础, 总结了目前针对超导量子比特的电磁感应透明研究进展, 对比了一般气体原子与超导量子比特的电磁感应透明区别, 并对超导量子比特实现电磁感应透明的潜在应用进行了总结和展望.     

超导转变边沿单光子探测器原理与研究进展

量子信息技术近十多年来的快速发展对单光子探测器的性能提出了更高的要求,高性能单光子探测器也因此受到了更多的关注.与传统的单光子探测器相比,超导转变边沿(TES)单光子探测器在探测效率、能量分辨、光子数分辨和暗计数等方面具有突出优势.目前,超导TES单光子探测器已经被成功地应用在量子光学实验和量子密钥分配系统中,未来在量子信息技术等研究领域具有更广泛的应用.本文从超导TES单光子探测器的工作原理、制备流程、测试系统、主要性能指标以及研究现状和进展等方面对该探测器技术进行简要综述.     

三维传输子量子比特的退相干参数表征

超导量子比特的退相干时间是决定超导量子计算能否实现的重要指标之一. 文章以三维传输子量子比特(3D transmon)为研究对象, 在氧化硅衬底上制备了三维传输子量子比特, 并在超低温下(10 mK), 采用拉比振荡(Rabi oscillation)、能量弛豫(energy relaxation)、 拉姆齐条纹(Ramsey fringe)、自旋回波(spin echo)的方法, 对其进行了详细的退相干时间常数表征. 结果显示该量子比特的退相干时间在几百纳秒. 根据几种退相干时间的关系进行计算, 可以看出, 低频噪声目前不是影响量子比特退相干的最主要因素, 而氧化硅中的缺陷可能是样品退相干时间的主要瓶颈. 关键词： 三维传输子量子比特 拉比振荡 拉姆齐条纹 自旋回波     

铌/铝SNSPD的光耦合结构和性能表征

对铌/铝超导纳米线单光子探测器(SNSPD)的光耦合结构和性能表征进行了研究。通过溅射与剥离的方法制作了超薄铌/铝SNSPD,设计了带有激光准直器的光耦合结构和封装方法,并搭建了可靠的低温测试系统。在700m K下表征了SNSPD的直流特性,得到了单光子响应脉冲和1550nm波长下的探测效率,并研究了探测效率和暗计数率与偏置电流的关系。     

Al/Ti双层薄膜TES的光子数分辨特性表征

报道了Al/Ti双层薄膜超导TES的光子数分辨特性。通过设计双层薄膜的尺寸,使其满足光子数分辨所需的热导、热容需要,制备出了完好的TES。在320m K的低温下,通过测试其对1550nm光脉冲的响应,发现等效光子数分辨率可达到40个左右。这是使用超导TES实现单光子探测及进一步实现量子通讯的重要基础。