La pompe à paire de Cooper, un read-out pour le Qubit Josephson - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

The Cooper Pair Pump, a Read-out for the Josephson Qubit

La pompe à paire de Cooper, un read-out pour le Qubit Josephson

Résumé

The superconducting double island consists of three Josephson junctions in series, which can be
used as a two levels system. The energies of the quantum macroscopic states are controlled by two gate voltages and by one bias voltage VB.
The transfer of one Cooper pair through the circuit involves incoherent transitions transferring
2eVB of energy to the electromagnetic environment, corresponding to the bias voltage. The transport
properties through this device, in absence of quasiparticles poisoning, show the competition between
the coupling of degenerate states of the double island and the relaxation rate, depending on the
bias voltage. If the relaxation is the bottle neck for the transport, the resulting current is proportional
to the relaxation, leading to a quantum regime. On the other hand, if the coupling becomes the limiting factor (or if the relaxation dominates), the dynamic changes and the current decreases paradoxically, leading to
a Zeno regime. At low enough bias voltages, the supercurrent is identified through the three junctions
in series.
Finally, the effect of an adiabatic evolution is examined. The adiabatic evolution is realized by means
of two alternative 90° shifted gate voltages, leading to a direct pumping current through the circuit. The
thesis shows how the adiabatic pumping can be used to read out the state of the system. The pumping
current is actually sensitive to the occupation of the quantum state, the sign of the pumped charge in
the ground and the first excited state being opposite.
La double île supraconductrice, composée de trois jonctions Josephson en série, est un circuit pouvant
se comporter comme un système à deux niveaux. Les énergies des états quantiques macroscopiques sont
contrôlées par deux tensions de grille et par une tension de polarisation VB.
Le transfert d'une paire de Cooper à travers le circuit dissipe dans l'environnement électromagnétique
une quantité d'énergie 2eVB, correspondant à la polarisation en tension. Les propriétés de transport
à travers ce dispositif, en absence de quasiparticules résiduelles, font apparaître la compétition entre le
couplage des états dégénérés de la double île et le taux de relaxation en fonction de la tension de
polarisation. Tant que la relaxation est le facteur limitant, le courant est uniquement déterminé par la
relaxation, conduisant au régime quantique. Par contre, si le couplage devient le facteur limitant (ou
si la relaxation domine), la dynamique change et le courant paradoxalement diminue, menant au
régime Zéno. Aux tensions suffisamment basses, le supercourant est identifié à travers les trois jonctions
en série.
Dans ce travail, il s'agit aussi de comprendre l'effet d'un cycle d'évolution adiabatique, réalisé par
l'application des deux tensions de grille alternatives de même fréquence et d'amplitude en quadrature de
phase, produisant un courant de pompage à travers le circuit. Cette thèse présente dans quelle mesure
le pompage adiabatique peut être exploité pour "lire" l'état du système. Le courant de pompage est, en
effet, sensible à l'occupation de l'état quantique, la charge pompée dans l'état fondamental et dans le
premier état excité étant de signe opposé.
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Dates et versions

tel-00011227 , version 1 (04-01-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00011227 , version 1

Citer

David Schaeffer. La pompe à paire de Cooper, un read-out pour le Qubit Josephson. Matière Condensée [cond-mat]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011227⟩

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