CC BY
11
ЛИТЕРАТУРА
1. Монпелье Ж. Научение. - В кн.: Экспериментальная психология / Под ред. П.Фресс, Ж. Пиаже. М., 1973, вып. 5, с. 59 - 137.
2. Основы инженерной психологии /Б.А.Душков, Б.Ф.Ломом и др.-М: Высш. Школа, 1987.- 447с.
3. Самообучающиеся автоматические системы. М., 1966.
4. Larkin H.S., Wickens D.T. Population states and eigenstructure: a simplifying view of Markov Learning models. - J. Math. Psychol., 1980, vol. 22. N 3, p. 176 - 208.
5. Венда, В.Ф. Инженерная психология и синтез систем отображения информации.- М: Машинострое-ние.1982.-344с.
6. Корчемный П.А. Психология лётного обучения.- М.: Воениздат. 1986.- 236.
7. Пономаренко В.А. Психология жизни и труда лётчика.- М.: Воениздат. 1992.- 224с.
8. Годунов, А.И. Оценка качества имитируемой модели в технических средствах подготовки и обучения авиационных специалистов/А.И.Годунов, В.И.Мандриков, Б.Ж. Куатов//Труды международного симпозиума Надежность и качество.2 014. - 1 том. - С. 296-300.
УДК 618.1
Сергеев1 Д.М., Куатов? Е.Ж.
военный институт Сил воздушной обороны имени Т.Бегельдинова, Казахстан 2Западно-Казахстанский аграрно-технический университет имени Жангир хана, Казахстан
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ АНГАРМОНИЧЕСКОГО ДЖОЗЕФСОНОВСКОГО ОДНОКОНТАКТНОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА
В рамках численного моделирования получены зависимости, описывающие основные и смешанные состояний фазовых кубитов на основе джозефсоновских контактов с ангармоническим соотношением ток-фаза при влиянии высокочастотного сигнала.
В последнее время интенсивно исследуются квантовые биты (кубиты) на основе сверхпроводниковых структур, являющиеся базовыми элементами квантового компьютера [1]. Одним из перспективных материалов для реализаций кубитов являются джозефсоновские микро- и нанообъекты [2]. Твердотельные кубиты на джозефсоновских структурах уже реализованы. Однако проблема декогеренции, проявляющаяся в быстром превращений чистого (устойчивого) состояния в смесь при взаимодействии квантовой системы с окружающей средой и нарушающая квантовое вычисление, остается нерешенной.
В связи с этим для создания квантового компьютера в квантовых системах должны выполняться условие: время сохранения когерентности состояний систем должно быть больше времени квантового вычисления 4ыч , т.е. квантовая система
должна переходит в смешанное состояние лишь после окончания вычисления. Для этого квантовую систему следует либо максимально изолировать от окружающей среды, либо увеличивать время когерентности искусственно.
Среди сверхпроводниковых структур перспективным объектом для создания кубитов являются джозефсоновские переходы с ангармонической ток-фазовой зависимостью (ТФЗ). В работе рассмотрены кубиты на двухконтактных джозефсоновских интерферометрах c несинусоидальной ТФЗ. Целью данной работы является изучение основных параметров фазового кубита на основе «ангармонического» джо-зефсоновского одноконтактного интерферометра в рамках гамильтонова формализма.
В джозефсоновских контактах как на основе низкотемпературных (НТСП), так и на высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), при определенных условиях (в SNS-, SFS-, SINS - структурах при температуре T <<T ' в сверхрешетках, состоящих из чередующихся слоев изолятора и сверхпроводника S-I-S- ... -S-I-S, а также возможно проявление в ДСС на микротрещинах и на основе ВТСП,
представляющие собой слоистые 5-1-3- ... -Б-1-Б -, Б-Ы-Б- ... -Б-Ы-Б- структуры) проявляется заметное отклонение ток-фазовой зависимости (ТФЗ) от гармонической (синусоидальной) формы. Современные методы изготовления джозефсоновских слабых связей на основе нанотехнологии дает возможность управлять соотношением ток-фаза в таких объектах.
Присутствие ангармонизма ТФЗ в ДК демонструет ряд неожиданных интересных физических явлений, одно из них пассивное реагирование на внешнее электрическое и магнитное полей (рис. 1), за счет преобладания в таких системах концентрации куперовских пар (возможно и БКП) относительно от ДК с синусоидальной ТФЗ ■_
Рисунок 1 - Джозефсоновский контакт под влиянием слабого магнитного поля: штриховая линия - для ДК с гармонической и сплошная -для ДК с ангармонической зависимостями ток-фаза (Б - сверхпроводник, I - диэлектрик).
Одиночный «ангармонический» ДК можно рассматривать как последовательно соединенные две ДК и с величиной сверхтока согласно вы-
ражениям (1.1), (1.2)
1^2 (ф) = 1С2ып2ф (рис. 2а). Эквивалентная схема
такого ДК приведена на рис. 2 б. В дальнейшем эти выводы применяется для описания фазовых кубитов на одноконтактых интерферометрах на основе «ангармонических» ДК, имеющие структуру, представленную на рис. 2 в.
(ф) = hl С ,
а) б) в)
Рисунок 2 - Джозефсоновский переход с ангаромнической ТФЗ как две последовательно соединенные контакты: а) одноконтактный интерферометр; б) эквивалентная схема; в) одноконтактный
интерферометр как фазовый кубит
Основанием для квантового описания кубитов является гамильтонов формализм. Гамильтониан цепи выражается кинетической энергией, связанной с энергией зарядки емкостных элементов К = СУ2/2
, и потенциальной энергией, связанная с джо-зефсоновской энергией и (ф) = -Е^о&ф и энергией
магнитного поля в индуктивности цепи иь= Ф2/2Ь
(здесь С - емкость конденсатора, Ф - магнитный поток, Ь - индуктивность, Е] = ЫС/2е - джозефсо-
новская энергия). В гамильтоновом формализм, кинетическая энергия выражена через количество ку-перовских пар, определящее как сопряженный опе-
8
ратор в фазовой координате
и удовлетво-
В
Ej (р-ре )2 (2/ )4
ряющее условиям функций Пуассона {ф,йд.| = ■
общем виде гамильтониан представляется в виде суммы кинетической и потенциальной энергий:
Н = ^{К(п,) + иф)) . (1.1)
Для кубита на одноконтактном интерферометре гамильтониан (1.1) выглядит в виде
Н = Есп2 - Е,со,^р+Е, (ф- ре )2 {21 )-1 , (1.2)
где Ес= (2е)2 (2С )1 - кулоновская энергия, энергия магнитного поля, 1 = 2пЫс /Ф0 - кинетическая индуктивность.
Потенциальная энергия ДК с ангармонической ТФЗ [8]:
и(ф) = Е (1 - СО!Ф- 0.5к + 0.5ксо82ф-ф) , (1.3)
где ¡ = 1ЦС - внешний ток, нормированный на критический.
Учитывая особенность потенциальной энергии «ангармонических» одноконтактных интерферометров приведем выражение (1.2) в следующий вид
Н = Есп2 - Е {сощ + 0.5к - 0.5ксо82ф) +Е} (ф - ф)2 (21 )-1
• (1.4)
Потенциальная энергия фазового кубита при
- п
приобретает двухямный потенциал,
формируется бистабильная потенциальная яма (рис. 3). В работе приводится пример использования таких бистабильных потенциальных ям для получения логических элементов. В данном случае, первая яма описывает состояния логического нуля, а второй - логической единицы. Переключение проиходит по фазе. Потенциальная энергия ангармонических ДК (1.4) представляет собой двухямный вид, что позволяет создавать кубитов даже без прикладывания внешнего магнитного потока и тока смещения.
Одним из важных параметров кубитов является пассивное реагирование на внешнее поле, создаваемое окружающей средой. В работе нами были доказаны пассивная реакция ДК с ангармонической
ТФЗ на слабые электрические и магнитные поля. Для модельного изучение поведение кубитов на основе таких ДК применяем в качестве активно воздействующего электромагнитного поля - высокочастотный (ВЧ) сигнал с небольшой флуктуацией частоты. Флуктуация моделирована с помощью метода Монто-Карло. Как видно из рис. 3, в результате воздействия ВЧ поля смешанное (или перепутанное) состояние, которое описывается с помощью парадокса «Шредингеровского кота» имеет некоторое наложение (интерференцию). Результаты близки к результатам работы, в котором применяется для описывания смешанного состояния через функцию Вигнера.
-1.571-0.628 0.314 1.257 2.199 3.142 4.084 5.027 5.969 6.912 7.854 Ч>
entangled
Рисунок 3 - Зависимость потенциальной энергии от фазы при различных значениях коэффициента ангармонизма (ниже приведены уровни логических 0, 1 и смешанного состояния)
Таким образом, в данной работе получена аналитическая формула для потенциальной энергии ангармонического джозефсоновского одноконтактного интерферометра, который является основой фазового кубита. Представлены результаты численного моделирования основных и смешанного состояний фазовых кубитов на основе ДК с ангармонической ТФЗ при влиянии высокочастотного сигнала.
ЛИТЕРАТУРА
1. Валиев К.А. Квантовые компьютеры и квантовые вычисления. // Успехи физических наук. - 2005, т.175, № 1, с. 3-39.
2. Koch J., Manucharyan V. et al. Charging Effects in the Inductively Shunted Josephson Junction. // Phys. Rev. Lett. - 2009, vol. 103, № 21, р. 217004- 217007.
3. Sergeyev D.M. Influence of anharmonicity current-phase dependence on properties weak links of Josephson type // In: Abstract Book the International Conference on Superconductivity and Magnetism ICSM-2010, Antalya, Turkey, 2010. - P. 734.
4. Сергеев Д.М. Шункеев К.Ш. Моделирование вольт-амперной характеристики джозефсоновского перехода с ангармоничной токо-фазовой зависимостью // Сб. трудов 3-й межд. конф. «Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости». - Звенигород, 2008. - С. 344-345.
УДК 618.1
Сергеев1 Д.М., Куатов2 Е.Ж.
военный институт Сил воздушной обороны имени Т.Бегельдинова, Казахстан 2Западно-Казахстанский аграрно-технический университет имени Жангир хана, Казахстан
ВОЗМОЖНОСТЬ УСИЛЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО СПАРИВАНИЯ В ДЖОЗЕФСОНОВСКИХ ЦЕПЯХ И В РАЗНЫХ ИНТЕРФЕЙСАХ
В статье рассмотрены различные комбинации джозефсоновских структур и разных интерфейсов, в том числе квазидвумерных интерфейсов. Усиление сверхпроводящего спаривания и увеличить величины критической температуры
Высокотемпературные сверхпроводники типа УБа2Сиз07-5, Bi2Sr2CaCu2O9-5 и Т12Ва2Са2Сиз011-5 состоят из активных оксидных плоскостей Си02. Причем эти оксидные плоскости электродинамически связаны между собой за счет внутреннего эффекта Джозефсона оси с (рис.1), т.е. купратные ВТСП представляют собой джозефсоновскую сеть слабых связей между Си02-слоями. В подобных системах эти же активные Си02-слои являются токопроводящими
элементами, через них также протекает сверхпроводящий ток. Можно предположить, что на проявление сверхпроводимости существенно влияет внутренний эффект Джозефсона.
В результате поиска новых сверхпроводящих материалов в 2008 г. было обнаружено сверхпроводящие свойства в материалах на основе арсенида железа, где тоже состоит из электродинамически связанных между собой активных плоскостей FeAs (рис.2).
