Quantenoptik mit supraleitenden Schaltkreisen

Supraleitende Nanoschaltkreise verhalten sich trotz ihrer im Vergleich zu natürlichen Atome riesigen Abmessungen in vielerlei Hinsicht wie „künstliche Atome“. Sie besitzen diskrete Energieniveaus und weisen Eigenschaften auf, die nur in der Welt der Quantenmechanik auftreten. Im einfachsten Fall bilden diese künstlichen Atome ein quantenmechanisches Zweiniveausystem, was auch als Quantenbit bezeichnet wird. Diese Systeme ermöglichen die Untersuchung fundamentaler Quantenphänomene auf einer makroskopischen Längenskala und die Realisierung von Quanteninformationssystemen auf der Basis von Festkörpern. Wir haben supraleitende Flussquantenbits realisiert, in denen das quantenmechanische Zweiniveausystem durch symmetrische und antisymmetrische Überlagerungszustände von permanenten Strömen, die im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn in einem supraleitenden Schaltkreis umlaufen, gebildet wird. Die Kopplung dieser Flussquantenbits mit einem supraleitenden Mikrowellenresonator auf einem Chip führt zu dem schnell-wachsendem Forschungsgebiet der supraleitenden Schaltkreis-Quantenelektrodynamik (Schaltkreis-QED). Vor kurzem ist es uns gelungen, Schaltkreis-QED-Systeme zu realisieren, die im ultrastarken Kopplungsregime betrieben werden.