直接测量微妙的电流相位关系显示了更稳定的超导量子位的潜力

近年来，量子物理学家和工程师在高性能量子计算系统的开发方面取得了重大进展。然而，要实现相对于经典计算系统的量子优势并实现量子设备的稳定运行，将需要为这些设备及其正确功能的其他方面开发新的构建模块。

格勒诺布尔阿尔卑斯大学的研究人员最近展示了在基于栅极可调石墨烯约瑟夫森结的石墨烯基超导量子干涉装置中直接测量微妙效应，即sin（2？）电流相位关系。他们收集这种测量结果的方法在论文中概述发表在物理评论快报，可能有助于开发更稳定、不易退相干的超导量子位。

约瑟夫森结是该团队设备的基础组件，通过薄弱环节将两种超导材料连接在一起。在量子技术中，这些结点允许电流流过无电阻的器件，从而以最小的损失存储和处理量子信息，电阻是超导体在低于其转变温度时的一种特殊性质。

作为他们最近研究的一部分，格勒诺布尔阿尔卑斯大学的研究人员着手直接测量这种电流如何依赖于其设备中基于栅极可调石墨烯的约瑟夫森结两侧之间的超导相位差。这种测量至关重要，因为它可以用来开发具有精心定制特性的超导量子电路。

“查看现有文献，我们意识到，虽然近年来业界对超导电路中的 sin(2?) 电流相位关系表现出越来越大的兴趣，但在当前使用的设备中没有直接测量这种关系，”朱利安·雷纳德 (Julien Renard)该论文的资深作者告诉 Phys.org。 “我们决定设计一个实验来实现这种测量，从而直接可视化这种电流相位关系。”

在他们的实验中，雷纳德和他的同事测量了他们开发的石墨烯超导量子干涉装置中的电压作为外部控制参数（例如磁场）的函数。他们的设置依赖于一种先进的方法来同时控制和读取设备中一对约瑟夫森结的电流相位关系。

“磁场允许[我们]改变超导干涉装置中的相位，”雷纳德解释道。 “另一方面，测量的信号可以提取电流。这就是我们直接测量设备电流相位关系的方法。”

该研究小组收集的直接测量结果表明，他们的设备可以表现为 sin(2?) 元素。这本质上意味着流过其器件的电流遵循以 sin(2?) 表示的独特模式，该模式不受表征流经更传统约瑟夫森结的电流的更简单的 sin(?) 模式的影响。

雷纳德和他的同事采用的实验方法以及他们在设备中观察到的独特电流相位关系可能很快就会促进量子计算技术的进步。在接下来的研究中，研究人员计划以他们最近的论文为基础，开发新的防止退相干的量子比特。

雷纳德说：“我们表明，在超导量子干涉装置中结合两个石墨烯约瑟夫森结，由于用磁场控制库珀对之间的干涉效应，我们可以获得 sin(2?) 电流相位关系。” “这样的石墨烯可能是下一代量子比特的构建模块，防止退相干。我们现在将致力于寻找合适的电路几何结构来构建这种量子比特。”

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