論文の概要: Quantum thermodynamics with a single superconducting vortex

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.06427v1
• Date: Fri, 9 Feb 2024 14:16:20 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-02-12 16:40:01.158637
• Title: Quantum thermodynamics with a single superconducting vortex
• Title（参考訳）: 単一超伝導渦による量子熱力学
• Authors: Marek Foltyn, Konrad Norowski, Alexander Savin, Maciej Zgirski
• Abstract要約: ナノ構造における単一の超伝導渦のダイナミクスの完全な制御を実証する。 我々の装置は、電場冷却されたアルミニウムナノスクエアで渦を捕捉し、ナノ秒の電流でオンデマンドに放出する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.99833362998488
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We demonstrate complete control over dynamics of a single superconducting vortex in a nanostructure which we coin the Single Vortex Box (SVB). Our device allows us to trap the vortex in a field-cooled aluminum nanosquare and expel it on demand with a nanosecond pulse of electrical current. We read-out the vortex state of the box by testing the switching current of the adjacent Dayem nanobridge. Using the time-resolving nanothermometry we measure 4$\cdot$10$^{-19}\,$J as the amount of the dissipated heat (which is the energy of a single red photon) in the elementary process of the vortex expulsion, and monitor the following thermal relaxation of the device. The measured heat is equal to the energy required to annihilate all Cooper pairs on the way of the moving vortex. Our design and measuring protocol are convenient for studying the stochastic mechanism of the vortex escape from current-driven superconducting nanowires, which has its roots either in thermal or quantum fluctuations, similar to ones widely studied in Josephson junctions or magnetic nanoclusters and molecules. Our experiment enlightens the thermodynamics of the absorption process in the superconducting nanowire single-photon detectors, in which vortices are perceived to be essential for a formation of a detectable hot spot. The demonstrated opportunity to manipulate a single superconducting vortex reliably in a confined geometry comprises in fact a proof-of-concept of a nanoscale non-volatile memory cell with sub-nanosecond write and read operations, which offers compatibility with quantum processors based either on superconducting qubits or rapid single flux quantum circuits.
• Abstract（参考訳）: 我々は,単一渦箱(svb)を創成したナノ構造中の単一超伝導渦のダイナミクスの完全制御を実証する。 我々の装置は、電場冷却されたアルミニウムナノスクエアで渦を捕捉し、ナノ秒の電流でオンデマンドに放出する。 隣接するダイエムナノブリッジの切換電流を試験することにより,ボックスの渦状態を読み取る。 時間分解型ナノサーモメトリーを用いて、渦放出の初回過程における散逸熱(単一赤色光子のエネルギー)の量として4$\cdot$10$^{-19}\,$jを測定し、次の温度緩和をモニターする。 測定された熱は、運動する渦の途中でクーパー対を消滅させるために必要なエネルギーと等しい。 我々の設計および測定プロトコルは、ジョセフソン接合や磁性ナノクラスターや分子で広く研究されているのと同様に、熱または量子揺らぎの根を持つ電流駆動超伝導ナノワイヤからの渦逃避機構の研究に有用である。 この実験は超伝導ナノワイヤ単光子検出器における吸収過程の熱力学を啓蒙し、渦が検出可能なホットスポットの形成に不可欠であると認識する。 閉じ込められた幾何学において、単一の超伝導渦を確実に操作する実証された機会は、実際にはナノスケールの非揮発性メモリセルが準ナノ秒の書き込みおよび読み取り操作で概念実証され、超伝導量子ビットまたは高速な単一量子量子回路に基づく量子プロセッサとの互換性を提供する。

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