| Аннотация |
Сверхпроводящие высокодобротные резонаторы в последние годы активно исследуются в связи с большим разнообразием их применений. Такие резонаторы, связанные с различными квантовыми системами (КС), значительно расширяют возможности считывания состояния КС и их контроля, (а также организации связей внутри КС), открывая новые возможности для перспективной вычислительной техники. Так, например, связывание спиновых ансамблей в кремнии со сверхпроводящим резонатором позволило контролировать спиновую релаксацию, вызванную спонтанным излучением, что может быть полезно в спинтронике, магнитно-резонансной спектроскопии и томографии. Квантовая цепь, состоящая из резонатора, связанного с о спинами в таких системах, как, например, ансамбли спиновых состояний в алмазе, магнитные моды в железо-иттриевом гранате единичные атомы в кремнии имеет применение в создании перспективной квантовой памяти. Подобные устройства, кроме того, позволяют произвести связывание квантовых цепей с фотонами, что может быть полезно в распределённых квантовых вычислениях и системах “квантового Интернета” для передачи информации на большие расстояния. На связывании резонатора со спинами основан метод ESR-спектроскопии, применяемый в различных областях. Также подобные устройства на базе спиновых ансамблей использовались для передачи произвольного квантового состояния между резонаторами, что имеет широкое применение в обработке квантовой информации. Сверхпроводящие резонаторы, связанные с квантовыми точками, могут быть использованы в фундаментальных исследованиях по квантовой электродинамике. Имеются работы, в которых сверхпроводящий резонатор связывается с микромеханическими осцилляторами, что может быть использовано для детектирования гравитационных волн и определения предельной массы, ниже которой объект демонстрирует квантовые свойства.
Управление частотой резонатора может быть полезно во всех вышеперечисленных применениях для управления силой связывания между резонатором и квантовой системой и для точной подстройки резонансной частоты с целью наилучшего связывания резонатора с исследуемым объектом (поскольку из-за особенностей технологического процесса изготовления резонаторов всегда возможны отклонения резонансной частоты от запроектированной). Имеются задачи, в которых перестроение резонансной частоты открывает новые возможности, например управление транспортом фотонов в оптических квантовых процессорах. На основе перестраиваемых резонаторов возможно создание параметрических усилителей с настраиваемой полосой усиления, что позволяет избавиться от одного из главных недостатков таких усилителей - узкого частотного диапазона. При этом, сохраняется их основное преимущество в виде сверхнизкого шума на уровне минимально допускаемого квантовой механикой.
В связи с этим, разработка перестраиваемых резонаторов является актуальной задачей. Один из предлагаемых способов перестроения резонансной частоты прямо на чипе заключается во включении в состав резонатора сверхпроводящего интерферометра (СКВИДа). Перестроение основано на изменении критического тока и, как следствие, джозефсоновской индуктивности СКВИДа внешним магнитным полем.
Подобные работы уже ведутся в мире, однако моделирование с целью расчёта оптимальной индуктивности СКВИДа и оптимизации его дизайна для увеличения эффективности перестроения ранее не выполнялось. Кроме того, конструкцию перестраиваемых резонаторов впервые планируется выполнить по двухслойной технологии со слоем нормального металла (платины) поверх слоя сверхпроводника. Это предохраняет поверхность алюминия от образования аморфных окислов, которые являются средой для возникновения двухуровневых состояний. Они увеличивают 1/f шум и, как правило, попадают в диапазон рабочих частот резонаторов и поглощают энергию, что приводит к снижению добротности резонаторов.
|
