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Superconducting Phase Qubit

The current-biased dc SQUID is a basic quantum circuit. Usually it is used as a very sensitive magnetometer. In our experiments, the dc SQUID is strongly decoupled from the environment. The dynamics of which can be described in terms of the quantum anharmonic oscillator driven by an external microwave force. This leads to a phase qubit.

In the past years we have studied some properties of its quantum dynamics which reveals very rich and complex physics. These efforts were motivated by the need to be able to control and manipulate the quantum states either in its two-level limit as a phase qubit or in its multilevel limit. Different quantum properties of a dc SQUID were analysed : the two-dimensional effect on the MQT escape [1], the quantum measurements procedure and its performance and also the coherent oscillations in a multilevel system [2, 4]. We have also considered the decoherence processes in this quantum circuit [3]. We demonstrated that a double barrier quadratic-quartic “camel” potential can rid a phase qubit of the current noise [5].
When the inductance of the SQUID is large, the phase qubit has two degrees of freedom leading to novel quantum dynamics [6]. Coherent up and down frequency conversion were observed in time domain experiments [7]. The second degree of freedom can also be used to develop a novel transmon qubit readout [8].

 
  
 
Camel back potential of a dc SQUID.       Rabi-like oscillations of an anharmonic quantum oscillator. 
 

Current PhD and Post-doc : Florent Lecocq and Zhi-Hui Peng

Contact : Olivier Buisson

Collaborations :
 N. Didier and F. W. Hekking, LPMMC, Grenoble, France
 R. Dolata and A. B. Zorin, Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig, Germany

PhD Thesis in this subject :

 - Franck Balestro Thesis, Université Joseph-Fourier - Grenoble I (21/03/2003)
 - Julien Claudon Thesis, Université Joseph-Fourier - Grenoble I (27/09/2005).
 - Florent Lecocq Thesis, Université Joseph-Fourier - Grenoble I (11/05/2011).
 - Emile Hoskinson (2006-2008)
 - Zhihui Peng (2008-2010)
 
Some references :
[1] Evidence of two dimensional macroscopic quantum tunneling of a current-biased DC-SQUID
 F. Balestro, J. Claudon, J. P. Pekola, O. Buisson
 Phys Rev. Lett 91, 158301(2003).
[2] Coherent oscillations in a superconducting multi-level quantum system
 J. Claudon, F. Balestro, F. W. J. Hekking, O.
 Phys Rev. Lett 93, 187003 (2004).
[3] Decoherence processes in a current biased dc SQUID
 J. Claudon, A. Fay, L. P. Lévy , and O. Buisson,
 Phys Rev. B 73, 180502 (2006).
[4] Rabi-like oscillations of an anharmonic oscillator : classical versus quantum interpretation
 J. Claudon, A. Zazunov, F. W. J. Hekking, O. Buisson.
 Phys Rev. B. 78, 184503 (2008). arXiv:0709.3787v2.
[5] Quantum dynamics in a camel-back potential of a dc SQUID
 E. Hoskinson, F. Lecocq, N. Didier, A. Fay, , R. Dolata, B. Mackrodt, A. B. Zorin F. W. J. Hekking, W. Guichard, O. Buisson.
[6] Phys. Rev. Lett. 102, 097004 (2009). arXiv : 0810.2372v1. Non-linear coupling between the two oscillation modes of a dc-SQUID, F. Lecocq, J. Claudon, O. Buisson, and P. Milman, Phys. Rev. Lett. 107, 197002 (2011).
[7] Coherent Frequency Conversion in Superconducting artificial atom with two internal degrees of freedom, F. Lecocq, I. M. Pop, I. Matei, E. Dumur, A. Feofanov, C. Naud, W. Guichard, O. Buisson, Phys. Rev. Lett. 108, 107001 (2012).
[8] Ultrafast QND measurements based on diamond-shape artificial atom. I. Diniz, E. Dumur, O. Buisson and A. Auffeves. Phys. Rev. A 87, 033837 (2013).
More refrences...

Funding :
 
EuroSQIP, SOLID

 
 
 
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