We propose a voltage-controlled superconducting SIFIS junction qubit consisting of the 0 and π phase states of the junction. Quantum tunneling due to the charging energy of insulating barrier (I) leads to coherent superposition of two states. Controlled by gate voltage on the ferromagnetic layer (F) the qubit can be operated by either non-adiabatic voltage pulses or alternating-voltage-driven Rabi-type oscillation at the degeneracy point. This qubit is robust against the decoherence due to both the magnetic microwave field and charge fluctuations. We introduce a scalable design for measurement of qubit states, switching function, controllable coupling, and Bell state formation.
초전도 접합 양단의 위상차이가 π만큼 나는 π상태는 최근 많은 이론, 실험적 결과에서 밝혀져 왔다. 또한 π상태가 나타나는 물리적 시스템의 적절한 변수를 조절함으로서 0 상태와 π상태가 에너지적으로 동등하게 안정적인 상태를 만들 수 있다. 따라서 우리는 초전도체 - 절연체 - 강자성체 - 절연체 - 초전도체 (SIFIS) 접합에서 0 상태와 π상태의 중첩을 이용하여 양자 비트 시스템을 구현할 수 있음을 제안하였다. 이 양자 비트는 기존의 charge qubit과 유사하게 게이트 전압을 이용하거나 혹은 교류 게이트 전압을 이용하는 두 가지 독립적인 방식으로 조작할 수 있다. 우리가 제안한 양자 비트 시스템은 위상을 자유도로 가지는 시스템이면서 게이트 전압으로 조절이 가능하기 때문에 기존의 전하 자유도를 이용한 charge qubit이 가지는 전하 요동에서부터 오는 영향과 flux qubit이 가지는 마이크로웨이브에 의한 영향을 억제하여 결맞음(coherence)을 방해하는 기작을 피할 수 있을 것으로 기대된다. 우리는 이러한 양자 비트 시스템을 두 개 혹은 여러 개 맞물려 조작시키는 방법과 연산 후 측정하는 방법까지 고려해보았다.
