Смекни!
smekni.com

Оптимизация считывания состояний джозефсоновского кубита (стр. 4 из 6)

К счастью, при увеличении частоты накачки ситуация существенно изменяется и при

= 0.3, точки пересечения движутся к середине плато и для разных γ сближаются. Видно, что существует широкая область 0.7 <
< 2.2, где кривые для различных γ совпадают, и, таким образом, шум фактически не оказывает влияния на динамику СКВИДа в данной области параметров. Если, однако, измеряемый магнитный поток имеет значение вне этого интервала, поле может быть увеличено на некоторую известную величину
, для того, чтобы сместить рабочую точку в данную область, и измерения проводить с учетом добавленного потока.

Рис.9. Вольт-полевая характеристика СВЧ гистерезисного СКВИДа для

= 0.3; сплошная линия - γ = 0, серая линия γ = 0.01, пунктирная γ = 0.03, кругами γ = 1

Измеряемый слабый поток Фх изменяет приложенный к СКВИДу внешний поток Ф = ФB+ Фх и тем самым меняет напряжение на контуре на малую величину

,
, которая и служит выходным сигналом СКВИДа. Чувствительность СКВИДа можно характеризовать такой величиной (Фх) min, при которой выходной сигнал равен среднеквадратичному значению её суммарного выходного шума:

(28)

где под

понимают спектральную плотность шума
. Таким образом, мы можем сказать, что мера выходного шума СКВИДа обратно пропорциональна передаточной характеристике │Н│max.

На Рис.10 показана зависимость передаточной характеристики гистерезисного СКВИДа от шума. Видно, что при увеличении интенсивности шума γ, почти ступенчатая функция становится квазисинусоидальной, а максимум модуля передаточной характеристики уменьшается. │Н│maxсоответствует середине линейного участка вольт-полевой характеристики.

Рис.10. Передаточная характеристика СВЧ СКВИДа. Пунктирная линия - γ = 0.03, сплошная - γ = 0.8

На Рис.11 показана зависимость выходного шума СКВИДа от интенсивности флуктуаций на входе интерферометра. Видно, что в пределах малых шумов увеличение флуктуаций тока на входе линейно увеличивает шумовые характеристики на выходе прибора. На участке γ>0.5, наблюдается резкий рост выходного шума.

Рис.11. Обратная функция передачи СВЧ СКВИДа от интенсивности флуктуаций на входе интерферометра

Хорошо известно [6], что наклон сигнальной характеристики гистерезисного СВЧ СКВИДа Hрастет с увеличением частоты накачки. На Рис.12 показана эта зависимость для частот

= 0.3,
= 0.01,
= 0.5 и шума γ = 0.3. Таким образом, мы находим, что частота накачки
= 0.3 приближает работу прибора к минимуму ошибки измерения (Рис.13). Подобный результат, используя другую характеристику - отношение сигнал / шум, был получен в работе [7].

Рис.12. Передаточная характеристика. Красная линия -

= 0.01, черная линия -
= 0.3, синяя -
= 0.5.

Рис.13. Обратная функция передачи СВЧ СКВИДа от частоты накачки

3. СКВИД постоянного тока

3.1 Теоретические сведения

На Рис.14 представлена базисная схема двухконтактного интерферометра. Здесь сигнал с датчика можно снимать и на постоянном токе, и поэтому такие СКВИДы часто называют СКВИДами постоянного тока.

Рис.14. Базисная схема двухконтактного интерферометра.

В двухконтактном интерферометре задается ток

, лишь немного превышающий критическое значение
. При этом на интерферометре возникает постоянное напряжение
, которое поступает на усилитель. Измеряемый слабый поток
изменяет приложенный к СКВИДу внешний поток
и тем самым меняет напряжение на интерферометре на малую величину
, которая, после усиления и пропускания через фильтр низких частот с полосой
, и служит выходным сигналом СКВИДа.

3.2 Характеристики СКВИДа постоянного тока

Флуктуационная динамика магнитного потока в кольце двухконтактного СКВИДа, может быть описана следующими уравнениями [8]:

(29)

где

- разность фаз параметра порядка джозефсоновских переходов, Ф - захваченный поток,
, Фm - измеряемый поток, время нормировано на характеристическую частоту джозефсоновского контакта
.

Шумовой источник

- белый гауссовский шум:

(30)

где

- безразмерная интенсивность флуктуаций.

Система уравнений (29) была решена численно методом Хюна [9], что позволяет найти вольт-амперную и вольт-полевую характеристики двухконтактного интерферометра.

На Рис.15 изображена вольт-амперная характеристика (т.е. зависимость напряжения на СКВИДе

от тока i, при различных значениях измеряемого магнитного поля
=0, π/2, π/4) при l= 3. Как видно из графика, при увеличении интенсивности шума γ, ступенька на ВАХ опускается и сглаживается.

Рис.15. Вольт-амперная характеристика СКВИДа постоянного тока сплошная линия - γ = 0, пунктирная линия γ = 0.01, серая линия γ = 0.03.

Вольт-полевая характеристика для тех же параметров и i= 2.1 представлена на Рис.16. Видно, что при увеличении интенсивности шума γ соответствующие кривые поднимаются вверх и амплитуда колебаний уменьшается.

Рис.16. Вольт-полевая характеристика двухконтактного СКВИДа; сплошная линия - γ = 0, пунктирная линия γ = 0.01, серая γ = 0.03, кругами γ = 0.7

Обратимся к характеристикам выходного шума СКВИДА (Рис.17.).

Рис.17. Передаточная характеристика. Черная линия - γ = 0.3, зеленая линия - γ = 1.

На Рис.18. показано, как с увеличением интенсивности входного гауссовского шума уменьшается чувствительность СКВИДа [10], увеличивается влияние флуктуаций на выходные характеристики двухконтактного интерферометра. Из графика видно, что в пределах малых шумов увеличение флуктуаций тока на входе линейно увеличивает шумовые характеристики на выходе прибора. На участке γ > 0.5, наблюдается резкий рост выходного шума.

Рис.18. Обратная функция передачи СКВИДа постоянного тока от интенсивности флуктуаций на входе интерферометра

4. Считывание информационного сигнала с кубита

4.1 Модель фазового кубита

В работе рассматривалась модель [11] с потенциальным полем

(Рис. 19, сплошная линия) где

- Джозефсоновская энергия, x - фаза,
- нормированная индуктивность перехода, внешнее магнитное поле
.