Учебник посвящен изложению основ слабой сверхпроводимости и ее существующим и потенциальным применениям. Особое внимание уделено описанию недавно открытых джозефсоновских квантовых битов, называемых кубитами. По уровню изложения он доступен студентам старших курсов и аспирантам физико-технических направлений высших учебных заведений. Начальные знания квантовой механики необходимы. Изложены основы физики джозефсоновских контактов. Подробно рассмотрена динамика квантовых двухуровневых систем, приводятся примеры описания открытых квантовых систем. Обсуждаются особенности измерения и контроля сверхпроводниковых кубитов.
Учебник предназначен для магистрантов и аспирантов физико-технических направлений вузов, специализирующихся в области квантовой информатики и физики конденсированного состояния.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 7
Глава 1. Явление сверхпроводимости 9
Введение 9
1.1. Эффект Мейснера 13
1.2. Кинетическая индуктивность 20
1.3. Проводимость сверхпроводника 23
1.4. Квантование магнитного потока 28
1.5. Эффект Джозефсона 30
1.6. Полупроводниковая модель джозефсоновского контакта 35
1.7. Cвойства джозефсоновского тока 38
1.8. Квантовая механика джозефсоновского контакта 41
1.9. О системах единиц 45
Библиографический список к главе 1 46
Глава 2. Примеры сверхпроводниковых устройств 47
2.1. Основы пленочной сверхпроводниковой технологии 47
2.2. Болометры 49
2.3. Сквиды 51
2.4. Стандарт вольта 65
2.5. Подходы к реализации стандарта тока 67
2.6. Сверхпроводниковая электроника 72
Библиографический список к главе 2 76
Глава 3. Элементы сверхпроводниковых квантовых цепей 77
Введение 77
3.1. Двухуровневая квантовая система 80
3.2. Одноконтактный квантовый интерферометр 85
3.3. Потоковый кубит 88
3.4. Потоковый кубит как двухуровневая квантовая система 98
3.5. Копланарный сверхпроводящий резонатор линии передачи 102
3.6. Система «сверхпроводящий резонатор–кубит» 108
Библиографический список к главе 3 111
Глава 4. Основы динамики сверхппроводниковых
квантовых цепей 113
4.1. Матрица плотности 113
4.2. Уравнение Блоха 117
4.3. Раби-осцилляции 122
4.4. Приближение вращающейся волны 127
4.5. Уравнение Блоха двухуровневой системы с периодическим
возбуждением 133
4.6. Элементы квантовой теории релаксации 137
Библиографический список к главе 4 146
Глава 5. Современные методы изготовления, инициализации
и считывания системы сверхпроводниковых кубитов 147
5.1. Основы технологии изготовления сверхпроводниковых
кубитов 148
5.2. Низкие температуры 153
5.3. Считывание 155
5.4. Усилители на основе сквида 157
5.5. Параметрические усилители 159
5.6. Импульсные генераторы 164
5.7. Использование сверхпроводниковой электроники 166
Библиографический список к главе 5 172