直接測量微妙的電流相位關係顯示了更穩定的超導量子位元的潛力

近年來，量子物理學家和工程師在高效能量子運算系統的開發方面取得了重大進展。然而，要實現相對於經典計算系統的量子優勢並實現量子設備的穩定運行，將需要為這些設備及其正確功能的其他方面開發新的構建模組。

格勒諾布爾阿爾卑斯大學的研究人員最近展示了在基於閘極可調石墨烯約瑟夫森結的石墨烯基超導量子乾涉裝置中直接測量微妙效應，即sin（2？）電流相位關係。他們收集這種測量結果的方法在論文中概述發表在物理評論快報，可能有助於開發更穩定、不易退相干的超導量子位元。

約瑟夫森結是團隊設備的基礎組件，透過薄弱環節將兩種超導材料連接在一起。在量子技術中，這些結點允許電流流過無電阻的裝置，從而以最小的損失儲存和處理量子訊息，電阻是超導體在低於其轉變溫度時的一種特殊性質。

作為他們最近研究的一部分，格勒諾布爾阿爾卑斯大學的研究人員著手直接測量這種電流如何依賴其設備中基於閘極可調石墨烯的約瑟夫森接面兩側之間的超導相位差。這種測量至關重要，因為它可以用來開發具有精心定制特性的超導量子電路。

「查看現有文獻，我們意識到，雖然近年來業界對超導電路中的sin(2?) 電流相位關係表現出越來越大的興趣，但在目前使用的設備中沒有直接測量這種關係，」朱利安·雷納德(Julien Renard)該論文的資深作者告訴 Phys.org。 “我們決定設計一個實驗來實現這種測量，從而直接可視化這種電流相位關係。”

在他們的實驗中，雷納德和他的同事測量了他們開發的石墨烯超導量子乾涉裝置中的電壓作為外部控制參數（例如磁場）的函數。他們的設置依賴於一種先進的方法來同時控制和讀取設備中一對約瑟夫森結的電流相位關係。

「磁場允許[我們]改變超導干涉裝置中的相位，」雷納德解釋。 “另一方面，測量的訊號可以提取電流。這就是我們直接測量設備電流相位關係的方法。”

該研究小組收集的直接測量結果表明，他們的設備可以表現為 sin(2?) 元素。這本質上意味著流經其裝置的電流遵循以 sin(2?) 表示的獨特模式，該模式不受表徵流經更傳統約瑟夫森結的電流的更簡單的 sin(?) 模式的影響。

雷納德和他的同事採用的實驗方法以及他們在設備中觀察到的獨特電流相位關係可能很快就會促進量子計算技術的進步。在接下來的研究中，研究人員計劃以他們最近的論文為基礎，開發新的防止退相干的量子位元。

雷納德說：「我們表明，在超導量子乾涉裝置中結合兩個石墨烯約瑟夫森結，由於用磁場控制庫柏對之間的干涉效應，我們可以獲得sin(2?) 電流相位關係。 」 「這樣的石墨烯可能是下一代量子位元的建構模組，防止退相干。我們現在將致力於尋找合適的電路幾何結構來建構這種量子位元。

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