Photonique Josephson

La jonction Josephson est l'ingrédient clé des circuits supraconducteurs quantiques car c'est le seul élément de circuit à la fois fortement non-linéaire et non-dissipatif. Dans la plupart des circuits quantiques elle est utilisée dans son état supraconducteur où elle agit comme inductance non-linéaire, mais la jonction Josephson peut également être utilisée d'une deuxième manière, en polarisant la jonction à une tension V en dessous du gap 2Δ/e. Dans ce régime, la jonction devient un élément de circuit actif qui transforme la puissance fournie par la source de tension en photons micro-ondes, tout en restant non-dissipatif. Notre équipe se focalise sur l'utilisation de cet état tension de la jonction Josephson pour l'électronique quantique.

D'un point de vue microscopique, une paire de Cooper qui traverse la jonction par effet tunnel doit perdre une énergie 2eV pour atteindre le condensat de l'autre côté de la barrière. Dans le cas le plus simple, cette énergie est émise dans l'environnement électromagnétique de la jonction (qui peut être décrite par une impédance Z(ω) en série avec la source de tension) sous forme d'un photon unique à la fréquence Josephson 2eV/h, ce qui n'est rien d'autre que l'effet Josephson AC. Cependant, dans des jonctions Josephson de petite taille, les fluctuations quantiques de l'environnement électromagnétique donnent également lieu à des processus multiphotoniques dans lesquels l'énergie d'une paire de Cooper 2eV est partagée entre deux ou plusieurs photons. Pour des environnements électromagnétiques spécifiques, ces processus multiphotoniques peuvent même dominer les processus à photons uniques.

Notre but est maintenant de structurer l'environnement électromagnétique de la jonction de différentes façons pour construire des dissipatifs quantiques basés sur le tunneling inélastique de paires de Cooper, opérant dans le domaine des fréquences micro-ondes et potentiellement jusqu'au THz. Ces dispositifs ont des propriétés complémentaires par rapport aux dispositifs basés sur l'état supraconducteur de la jonction Josephson:

Quelques dispositifs sur lesquels nous travaillons: