Quantum Phase Transitions And Many-Body Localization In Unconventional 1D Josephson Arrays

非常规一维约瑟夫森阵列中的量子相变和多体局域化

基本信息

  • 批准号:
    1708954
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 46.88万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-06-01 至 2021-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

NON-TECHNICAL ABSTRACTWe live in the classical world which is built upon quantum mechanics. How does the fascinating complexity of classical behaviors emerge from the underlying quantum nature of our world? This research project addresses this fundamental question by designing the complex quantum systems made of superconductors (the so-called arrays of Josephson junctions) and exploring their behavior at ultra-low temperatures using the methods developed for the characterization of quantum bits. Realization of the research program is important for the nascent field of quantum superconducting electronics: the Josephson arrays offer novel exciting opportunities for building quantum bits with improved coherence. The project supports the education of graduate students who enjoy broad exposure to the state-of-the-art tools of modern solid state research. The multi-component Educational and Outreach Program, an essential part of the project, is designed to develop innovative nanoscience curricula.TECHNICAL ABSTRACTThis award supports experimental research on two fundamental problems of quantum mechanics of interacting quantum systems: the quantum phase transitions in one dimension, and the many-body localization in complex quantum systems isolated from the environment. To address these phenomena, novel arrays of nanoscale Josephson junctions are designed to emulate the range of quantum models. The objectives of the research program are to explore the emergence of novel symmetries near the quantum critical point and the dynamics of these novel systems using the microwave spectroscopic and time-domain techniques developed for the characterization of superconducting qubits at ultra-low temperatures. Realization of the research program is important for the broad field of quantum superconducting electronics. In particular, the development of Josephson arrays with large kinetic inductance and minimal losses offers new functionality, such as fault-tolerant qubits and high-impedance isolation of quantum circuits. The project supports the education of graduate students who enjoy broad exposure to the state-of-the-art tools of modern solid state research. The multi-component Educational and Outreach Program, an essential part of the project, is designed to develop innovative nanoscience curricula.
我们生活在以量子力学为基础的经典世界中。经典行为的迷人复杂性是如何从我们世界的量子本质中产生的?该研究项目通过设计由超导体(所谓的约瑟夫森结阵列)组成的复杂量子系统,并使用为表征量子比特而开发的方法探索它们在超低温下的行为,解决了这个基本问题。研究计划的实现对于量子超导电子学的新兴领域非常重要:约瑟夫森阵列为构建具有改进相干性的量子比特提供了新的令人兴奋的机会。该项目支持研究生的教育,这些研究生享有广泛接触现代固态研究的最先进工具的机会。多组件教育和推广计划,一个项目的重要组成部分,旨在开发创新的纳米科学课程。本奖项支持对相互作用量子系统的两个量子力学基本问题的实验研究:一维量子相变和孤立于环境的复杂量子系统中的多体局域化。为了解决这些现象,设计了新型纳米级约瑟夫森结阵列来模拟量子模型的范围。研究计划的目标是探索在量子临界点附近出现的新对称性,以及这些新系统的动力学,使用微波光谱和时域技术来表征超低温超导量子位。该研究计划的实现对量子超导电子学的广阔领域具有重要意义。特别是,具有大动态电感和最小损耗的约瑟夫森阵列的发展提供了新的功能,例如容错量子比特和量子电路的高阻抗隔离。该项目支持研究生的教育,这些研究生享有广泛接触现代固态研究的最先进工具的机会。多组件教育和推广计划,一个项目的重要组成部分,旨在开发创新的纳米科学课程。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Microresonators Fabricated from High-Kinetic-Inductance Aluminum Films
  • DOI:
    10.1103/physrevapplied.11.011003
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Wenyuan Zhang;K. Kalashnikov;Wen-Sen Lu;P. Kamenov;T. Dinapoli;M. Gershenson
  • 通讯作者:
    Wenyuan Zhang;K. Kalashnikov;Wen-Sen Lu;P. Kamenov;T. Dinapoli;M. Gershenson
Josephson Metamaterial with a Widely Tunable Positive or Negative Kerr Constant
  • DOI:
    10.1103/physrevapplied.8.051001
  • 发表时间:
    2017-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Wenyuan Zhang;W. Huang;M. Gershenson;M. Bell
  • 通讯作者:
    Wenyuan Zhang;W. Huang;M. Gershenson;M. Bell
Josephson ladders as a model system for 1D quantum phase transitions
约瑟夫森梯子作为一维量子相变的模型系统
  • DOI:
    10.1016/j.crhy.2018.09.002
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Bell, Matthew T.;Douçot, Benoît;Gershenson, Michael E.;Ioffe, Lev B.;Petković, Aleksandra
  • 通讯作者:
    Petković, Aleksandra
Granular Aluminum Meandered Superinductors for Quantum Circuits
  • DOI:
    10.1103/physrevapplied.13.054051
  • 发表时间:
    2020-05-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Kamenov, Plamen;Lu, Wen-Sen;Gershenson, Michael E.
  • 通讯作者:
    Gershenson, Michael E.
Bifluxon: Fluxon-Parity-Protected Superconducting Qubit
  • DOI:
    10.1103/prxquantum.1.010307
  • 发表时间:
    2020-09-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    Kalashnikov, Konstantin;Hsieh, Wen Ting;Bell, Matthew
  • 通讯作者:
    Bell, Matthew
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    2021
  • 资助金额:
    $ 46.88万
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  • 批准号:
    RGPIN-2016-04797
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 46.88万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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知道了