پژوهشگران یک کیوبیت ابررسانای "فلاکسونیوم" (fluxonium) با فرکانس پایین بیسابقه را به نمایش گذاشته اند که می تواند به آزمایشهایی که در جستجوی پدیده های کوانتومی ماکروسکوپیک هستند، کمک کند.

مشهورترین کیوبیت برای محاسبات کوانتومی – ترانسمونِ ابررسانا – در فرکانس چند میلیارد هرتز (گیگا هرتز)، درست شبیه تلفن های همراه نسل 5 G)5) عمل می کند. این فرکانس، گذارهای بین حالتهای کیوبیتی که پژوهشگران به منظور کنترل کیوبیت استفاده می کنند را برانگیخته می کند. اکنون ساموئل دِلِگلیس Samuel Deleglise از آزمایشگاه کستلر بروسل و مرکز ملی پژوهش های علمی (CNRS) در فرانسه و همکارانش، یک جایگزین ترنسمون فرکانس پایین را ارائه کرده اند که در 1.8 میلیون هرتز (مگا هرتز) -پایین ترین فرکانس تاکنون گزارش شده برای یک کیوبیت ابررسانایی [1] – کار می کند. دِلِگلیس یادآوری می کند کیوبیتی که در این فرکانس کار می کند، میتواند مستقیما با تشدیدگرهای مکانیکی مبتنی بر غشاهای معلق که در چند مگاهرتز نوسان می کنند، جفت شود تا آزمونهای مربوط به پدیده های کوانتومی ماکروسکوپیک را انجام دهد.

گروه، یک کیوبیتِ به اصطلاح فلاکسونیوم را به کار بردند. کیوبیت های فلاکسونیوم پیش از این نشان داده شده بودند و در سال 2021 رکورد فرکانس پایین 14 مگاهرتز برایشان به دست آمده بود. این کیوبیت شامل حلقه ای متشکل از یک دنباله از صدها اتصال جوزفسون -ساختارهای ساخته شده از دو ابررسانای جدا شده توسط یک عایق نازک- بود. دو حالت کیوبیتی منطبق با جریانهای ساعتگرد و پادساعتگرد جاری در حلقه بود و فرکانس گذار توسط قدرت یک میدان مغناطیسی که در حلقه می پیچید کنترل می شد.

ثابت شده که کاهش بیشتر فرکانس عملکرد کیوبیت فلاکسونیوم، چالش برانگیز است، چون نویز گرمایی از محیط یا نویز نوسانات میدان مغناطیسی می تواند به آسانی ویژگی های کوانتومی کیوبیت را از بین ببرد. برای حل این مشکلات، گروه کیوبیت را با یک تکنیک بهره گرفته از سیستم های اتم سرد، خنک کردند و سپس میدان مغناطیسی را تنظیم کردند به گونه ای که حالتهای کیوبیت، تبدیل به حالتهای "گربه شرودینگر" شدند که به مقاوم بودن در برابر نوسانات میدان مغناطیسی معروف هستند. با استفاده از این رویکرد، گروه قادر بود تا به یک کاهش ده برابری در فرکانس عملکرد کیوبیت دست یابد. در آزمایشها، گروه همچنین نشان داد که این کیوبیت می تواند به عنوان یک حسگر بار فوق العاده حساس که قادر به تشخیص نوسانات کوانتومی بسیار کوچک یک غشا است به کار رود.

1. B.-L. Najera-Santos et al., “High-sensitivity ac-charge detection with a MHz-frequency fluxonium qubit,” Phys. Rev. X 14, 011007 (2024).

منبع:

Superconducting Qubit Breaks Low-Frequency Record