Estableciendo las reglas básicas para los circuitos cuánticos

Los ingenieros electrónicos pueden diseñar complejos circuitos usando fórmulas simples que describen, por ejemplo, como dos resistencias se suman cuando se conectan en serie. Pero un conjunto similar de reglas, o herramientas prácticas permanece elusivo para los circuitos cuánticos construidos con elementos superconductores. Un nuevo trabajo teórico usa una simplificación relacionada con la simetría del dispositivo para calcular los niveles electrónicos de energía en un circuito previamente estudiado. Este enfoque puede ayudar al desarrollo de circuitos cuánticos más complejos en el futuro.

Un circuito superconductor cuántico típico usa uniones de Josephson para controlar el flujo de los electrones superconductores. Una unión de Josephson (JJ) consiste en una fina barrera de material no superconductor emparedado entre dos superconductores. Para un solo JJ, los físicos pueden calcular, por ejemplo, la velocidad a la que los electrones hacen un túnel de un lado al otro, pero es dificil hacer predicciones cuando se conectar grandes cantidades de JJ juntos.

Investigadores de la Universidad de Northwestern han descrito los niveles de energía en un particular circuito cuántico, llamado dispositivo fluxonium. Este átomo artificial está hecho de 40 o más JJ conectados en un vector lineal, con dos finales conectados mediante un relativamente débil JJ. La diferencia de potencial de energía debido al túnel entre cada unión es descrito por una única fase superconductora. Asumiendo que el vector de JJ es perfectamente idéntico, la ecuación describiendo la energía en el sistema no se modifica por cambiar el orden de esas fases. Los investigadores usan esta "permutación de simetría” primero para calcular las excitaciones de energía más baja. A continuacion, derivan las correcciones de energía de las perturbaciones, tales como imperfecciones en la manufacturación o capacitancia parásita, que distinguirían cada JJ del resto.

Via physics.aps