fluxonio

Un fluxonium es un lazo superconductor interrumpido por una unión Josephson y derivado por un inductor, diseñado para confinar y controlar el flujo magnético con extrema precisión. Funciona como un átomo sintético cuyos niveles de energía dependen del flujo que atraviesa el lazo, lo que lo hace útil para el procesamiento de información cuántica y la metrología. El circuito combina tres elementos clave: la no linealidad de la unión, la inductancia de la derivación y la simetría geométrica del propio lazo.

El dispositivo surgió en la década de 2000 como una alternativa a los qubits transmon más simples cuando los investigadores necesitaron una protección más fuerte contra el ruido de carga. Donde un transmon se basa únicamente en la no linealidad de la unión Josephson, un fluxonium añade un elemento inductivo que crea un paisaje de energía potencial con un mínimo profundo y plano. Este paisaje mantiene el estado cuántico estable incluso cuando fluctúan los campos eléctricos parásitos, una propiedad llamada insensibilidad a la carga. El inductor es típicamente una bobina superconductora o un alambre de aluminio granular enrollado para producir de 0.5 a 10 nanohenrios de inductancia.

Los circuitos de fluxonium prácticos operan en refrigeradores de dilución a temperaturas por debajo de 50 milikelvin, donde el superconductor permanece libre de resistencia. La unión Josephson es usualmente una barrera de túnel de aluminio-óxido-aluminio nanofabricada con una corriente crítica en el rango de los microamperios. La lectura ocurre a través del acoplamiento dispersivo a una cavidad de microondas resonante; la frecuencia de la cavidad cambia cuando el fluxonium está en diferentes estados cuánticos. Los tiempos de coherencia de 10 a 100 microsegundos son típicos, dependiendo de los materiales y la calidad de fabricación.

Variantes y compensaciones

Existen varias variantes de diseño. Un fluxonium pesado utiliza un inductor aún más grande para maximizar la insensibilidad a la carga, pero sacrifica la velocidad; un fluxonium asimétrico reemplaza la unión Josephson con una matriz para ajustar la no linealidad independientemente de la inductancia. Estos intercambian coherencia, sintonizabilidad y fidelidad de control entre sí. El nombre mismo refleja la función central del circuito: cuantifica y atrapa cuantos de flujo, las unidades discretas de flujo magnético en los superconductores.

El fluxonium se sitúa entre el transmon (más rápido, más ruidoso) y el qubit de flujo (lento, más coherente) en el espectro de diseño de los qubits superconductores. Ha sido adoptado en universidades y laboratorios de hardware cuántico, aunque las computadoras cuánticas industriales han favorecido los diseños basados en transmon a escala hasta ahora porque los transmones son más simples de fabricar a alta densidad. No obstante, para aplicaciones especializadas en detección cuántica y procesadores cuánticos de pequeña escala donde la inmunidad al ruido es primordial, el fluxonium sigue siendo una opción seria.