Sauts quantiques de phase dans des chaînes de jonctions Josephson

Quantum phase-slips in Josephson junction chains

• Auteur / Autrice : Ioan Mihai Pop
• Direction : Wiebke Guichard, Bernard Pannetier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 14/02/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel (Grenoble, Isère, France ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Joël Chevrier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Wiebke Guichard, Bernard Pannetier, Yuli Nazarov
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David B. Haviland, Alexey Ustinov

Mots clés

Mots clés libres

Saut de phase

Reseau jonctions Josephson

Etat quantique macroscopique

Qubit

Standard quantique du courant

Topologiquement protégé

Quantum phase slip

Josephson junction network

Macroscopic quantum state

Qubit

Quantum current standard

Topologically protected

Résumé

Nous avons étudié la dynamique des sauts quantiques de phase (quantum phase-slips) dans différents types de chaînes de jonctions Josephson. Les sauts de phase sont contrôlés par le rapport entre l'énergie Josephson et l'énergie de charge de chaque jonction. Nous avons mesuré l'effet des sauts de phase sur l'état fondamental de la chaîne et nous avons observé l'interférence quantique de sauts de phase (effet Aharonov-Casher). Les résultats de nos mesures sont en très bon accord avec les prédictions théoriques. Nous avons montré qu'une chaîne de jonctions Josephson polarisée en phase, présente un comportement collectif, similaire à un objet macroscopique. Les résultats de cette thèse ouvrent la voie pour la conception de nouveaux circuits Josephson, comme par exemple un qubit topologiquement protégé ou un dispositif quantique pour la conversion courant-fréquence.

In this thesis we presented detailed measurements of quantum phase-slips in Josephson junction chains. The measured phase-slips are the result of fluctuations induced by the finite charging energy of each junction. Our experimental results can be fitted in very good agreement by considering a simple tight-binding model for QPS. We have shown that under phase-bias, a chain of Josephson junctions or rhombi can behave in a collective way very similar to a single macroscopic quantum object. These results open the way for possible use of quantum phase-slips for the design of novel Josephson junction circuits, such as topologically protected rhombi qubits or current-to-frequency conversion devices.