WikiDer > Josephson-Kreuzung
EIN Josephson-Kreuzung besteht aus zwei Supraleiter mit einem dünnen Isolator zwischen. In der Kreuzung betritt nun die Josephson-Effekt auf, das entdeckt wurde von Brian Josephson und für die er die Nobelpreis für Physik empfangen. Wenn der Isolator dünn genug ist, kann noch ein elektrischer Strom durch ihn fließen Tunneleffekt des Quantenmechanik. Eine der besonderen Eigenschaften des Josephson-Übergangs besteht darin, dass dieser Strom (obwohl er durch einen Isolator fließt) auf keinen Widerstand trifft.
Beim Anlegen einer Gleichspannung U entsteht kein Gleichstrom mehr, sondern ein sehr hochfrequenter Wechselstrom. Wird der Gleichspannung dann eine kleine Wechselspannung überlagert, so ist für eine bestimmte FrequenzResonanz Performance:
Darin ist e das elementarladung und h das Plancksche Konstante.
Anwendungen
Josephson-Kontakte galten lange Zeit als vielversprechende Technologie zur Herstellung schneller Computer. Praktische Anwendungen blieben jedoch lange aus. Dies war teilweise auf technische Schwierigkeiten bei der erforderlichen Kühlung zurückzuführen Supraleiter in ihren supraleitenden Zustand.
Im Jahr 2019 wird ein Google-Forschungsteam bahnbrechende Forschungen durchführen und den ersten Quantencomputer entwickeln, der (sie sagen) ''Quantenüberlegenheit'' hat erreicht. Dies bedeutet, dass dieser Quantencomputer ein Rechenproblem lösen kann, das ein herkömmlicher Supercomputer niemals lösen könnte. Das Herz dieses Quantencomputers ist der ''Sycamore-Prozessor''. Der Prozessor besteht aus Aluminium zur Metallisierung und Josephson-Kreuzungen, und Indium zum Löten zwischen zwei Silizium-Waffeln. Der Chip ist mit einer supraleitenden Leiterplatte verdrahtet und wird in a . auf unter 20 mK gekühlt Verdünnung Kühlschrank die thermische Energie der Umgebung auf weit unter den qubit-Energie. Der Prozessor ist durch Filter und Abschwächer Verbunden mit einer Elektronik, die bei Raumtemperatur funktioniert, synthetisieren diese Elektronik die Steuersignale. Der Zustand aller Qubits kann gleichzeitig gelesen werden mit Frequenzmultiplextechnik
Josephson-Kontakte finden auch Anwendung in Tintenfische (Supraleitende Quanteninterferenzgeräte), um sehr kleine Variationen in a . sehr genau zu erkennen Magnetfeld, ein elektrische Spannung oder ein Widerstand. Sie werden sowohl für die Erkennung verwendet U-Boote sowie zum Auffinden geothermischer Ressourcen und zur Messung der Gehirnaktivität.
Lange Kreuzungen
Wenn der Übergang lang genug ist, um Phasenunterschiede der Quantenmechanik entlang des Übergangs zu Wellenfunktion existieren können, sprechen wir von einer langen Josephson-Kreuzung. Diese hat zusätzliche besondere Eigenschaften und wird mathematisch mit dem . beschrieben Sinus-Gordon-Gleichung.