Стохастичний резонанс у ВЧ НКВІДах та надпровідних ланцюгах
- Стохастичний резонанс (СР) – це дуже поширене парадоксальне явище впорядкування різних динамічних і порогових систем під дією шуму певної інтенсивності, що робить їх чутливішими до слабких періодичних сигналів.
- Враховуючи широкий діапазон застосування надпровідних квантових інтерферометрів (НКВІДів) для високочутливих вимірювань в промисловості, біомедичних, геологічних, фізичних дослідженнях і тому подібне, ми вивчаємо прояви СР в надпровідних квантових інтерферометрах з одним джозефсонівським контактом (ВЧ НКВІДах) для того, щоб виявити оптимальний набір параметрів НКВІДу і сигналу, які забезпечили б велике посилення слабкого періодичного сигналу на тлі шуму.
- Використовуючи математичну модель кільця ВЧ НКВІДу з одним джозефсонівським контактом (не обов'язково тунельного типу), ми моделюємо стохастичну динаміку магнітного потоку в цьому кільці, що знаходиться під дією шуму різної статистики і різних слабких періодичних сигналів.
- Для експериментальних досліджень ми побудували низькотемпературну (гелієвого рівня) вимірювальну установку з самоекранованими 3D тороїдальними ВЧ НКВІДами, що зроблені з масивного ніобію і включають підстроювані джозефсонівські контакти.
- Нижче наведені деякі з отриманих результатів.
Стохастичне посилення слабких сигналів у ВЧ НКВІДі з контактом типу ScS при 0 < T < Tc
СР в кільці ВЧ НКВІДу з точковим контактом біляатомного розміру (atomic-size ScS) модифікується із зростанням температури унаслідок розмиття енергетичного бар'єру між сусідніми метастабільними струмовими станами кільця, що виражається в зміні коефіцієнта стохастичного посилення слабкого сигналу. При достатньо високій температурі поведінка кільця ScS-НКВІДа нагадує поведінку кільця НКВІДу з тунельним (SIS) контактом. [1]
СР у ВЧ НКВІДі з шунтованим контактом типу ScS
Використання точкового (ScS) контакту біляатомних розмірів (інакше – квантового точкового контакту, QPC) в кільці ВЧ НКВІДу гарантує умови виникнення СР при будь-яких, довільно малих, значеннях індуктивності кільця і критичного струму джозефсонівського контакту на відміну від НКВІДів з тунельним (SIS) контактом. Це відбувається завдяки незвичайному потенційному бар'єру між ямами з гострою вершиною (при температурі, що близька до абсолютного нуля), який завжди має кінцеву висоту, роблячи таким чином ScS-НКВІД бістабільним. [2] [3]
Вимушені стохастичні переходи в багатоямному потенціалі
На додаток до звичайного сценарію СР в бістабільній системі з гауссовим шумом, експериментально спостерігалися переходи між множинними метастабільними станами в багатоямному потенціалі кільця ВЧ НКВІДу під дією бінарного шуму. Цей експеримент можна інтерпретувати як своєрідну «шумову спектроскопію» метастабільних станів кільця НКВІДу з різними значеннями захопленого магнітного потоку. [4] [5] [6]
Стохастично-параметричний резонанс
Чисельне вирішення рівнянь Ланжевена для одноконтактного надпровідного квантового інтерферометра показує, що кооперативна дія шуму і періодичного високочастотного електромагнітного поля приводить до посилення слабкого гармонійного сигналу завдяки механізму стохастично-детерміністичного резонансу, який схожий на звичайний ефект стохастичного резонансу. Цей новий ефект, який ми назвали стохастично-параметричним резонансом (СПР) дає можливість отримувати максимальне посилення при довільно малому рівні шуму. [7]
СР у зв'язаних НКВІДах
Чисельне моделювання СР в адіабатичному наближенні в передемпфованих надпровідних контурах, що містять слабкий джозефсонівський зв'язок, показує, що зв’язування окремих кілець в пару збільшує посилення слабкого синусоїдального сигналу і відношення сигнал/шум. Ці результати можуть бути використані для створення нових стохастичних антен НКВІДів для вимірювання гармонійних і квазігармонійних сигналів. [8, 9]
Стохастичний підсилювач для зчитування стану потокових кубітів
Запропоновано повністю надпровідний детектор на основі СР 4-термінального НКВІДу. Відсутність високочастотного і квазічасткового струму в ланцюзі вимірювання кубіту, який слабо пов'язаний з самим кубітом, забезпечує невелику зворотну дію і запобігає швидкій декогеренції кубіту під час безперервних нечітких вимірювань квантових станів.
O. G. Turutanov, V. I. Shnyrkov, A. N. Omelyanchouk. Stochastic amplifier based on superconducting interferometer with 4-terminal Josephson junction for flux qubit readout. MSMW’07 Symposium Proceedings, Kharkov, Ukraine, p.822-824
Перестроювані стохастично-резонансні вхідні ланцюги НКВІДів
Потенційний бар'єр між метастабільними станами кільця НКВІДу, що містить 4-термінальний мезоскопичний слабкий зв'язок, визначається керуючим струмом, який пропускається через два виведення цього 4-термінального слабкого зв'язку. Це дозволяє, у присутності теплового або зовнішнього шуму, побудувати нові надпровідні СР-підсилювачі з керованими посиленням і частотною смугою для вхідних ланцюгів НКВІДів. [10, 11]
