##  [Josephson-Kontakt (Quanten-Schaltkreis)](/de/node/51482) 

 Definition

Eine supraleitende Tunnelkontakt, gebildet durch zwei Supraleiter getrennt durch eine dünne Isolatorschicht, die kohärentes Tunneln von Cooper-Paaren erlaubt; in Quantenschaltungen liefert er ein nichtdissipatives nichtlineares Induktivelement, charakterisiert durch eine Josephson-Energie und eine Strom-Phasen-Relation, und ermöglicht quantisierte nichtlineare Schaltungsdynamik.

 

 

 

 

 

 





## Prinzip

Prinzip

Cooper-Paar-Tunneln über die Barriere führt zu einem Strom I = I_c sin(φ) und einem Energieterm −E_J cos(φ) im Schaltungs-Hamiltonoperator; die Quantisierung der konjugierten Variablen (Phase und Ladung) erzeugt diskrete Energieniveaus und anharmonische Abstände, die für Qubit-Zustände und nichtlineare Wechselwirkungen nutzbar sind.

 

 

 

 

 





## Demonstration

Demonstration

Einbetten einer Josephson-Kontakt in einen supraleitenden Resonator zur Bildung eines Transmon-Qubits: Die Nichtlinearität der Kontakt hebt die Entartung zwischen den Übergängen |0⟩→|1⟩ und |1⟩→|2⟩ auf, sodass das zweistufige Rechenunterraum mit Mikrowellenanregungen adressierbar ist.

 

 

 

 

## Fehlanwendung

Fehlanwendung

Modellierung der Kontakt als rein linearen Induktor oder das Ignorieren mikroskopischer Verlustmechanismen (Quasiteilchen, Zwei-Niveau-Fluktuatoren, dielektrische Verluste), was zu zu optimistischen Vorhersagen von Kohärenz und Leistung führt.

 

 

 

 

 





## Konsequenz

Konsequenz

Josephson-Kontakte liefern die essentielle Nichtlinearität für supraleitende Qubits, bieten Einstellbarkeit bei Einbettung in SQUID-Schleifen und ermöglichen parametrische Wechselwirkungen und hochfidele Tore, wenn sie geeignet entworfen und gesteuert werden.

 

 

 

 

## Umkehrung

Umkehrung

Ersetzen der Kontakt durch ein lineares Induktivelement oder Entfernen der Barriere ergibt einen harmonischen Oszillator ohne die für Qubit-Betrieb erforderliche Anharmonizität und verhindert die Isolierung eines Zweiniveaus-Unterraums.

 

 

 

 

 





## Abgrenzung

Abgrenzung

Gültige Beschreibung bei Temperaturen weit unterhalb der supraleiterischen Lücke und für Kontakte, bei denen Ladungs- und Phasenskalen die Schaltungsquantisierung rechtfertigen; schließt klassisches makroskopisches Kontaktverhalten oberhalb kritischer Ströme oder in von starker Quasiteilchenproduktion dominierten Regimen aus.

 

 

 

 

 





## Semantische Spannung

Semantische Spannung

Spannung zwischen der Behandlung der Kontakt als gelumpte nichtlineare Schalttkreiskomponente (praktisch und vorhersagbar für Schaltungsdesign) und als mikroskopisches Vielteilchen-Tunnelgerät, bei dem Umgebung, Quasiteilchen und mikroskopische Defekte Korrekturen und Verluste einführen.

 

 

 

 

 





## Synthese

Synthese

Ein Josephson-Kontakt in einer Quantenschaltung ist das mikroskopische Tunnelbauelement, dessen kohärentes Cooper-Paar-Tunneln einen nichtlinearen, nichtdissipativen Energieterm erzeugt, der bei Quantisierung mit den Kapazitäten und Induktivitäten des Schaltkreises das anharmonische Energiespektrum und die steuerbaren Wechselwirkungen liefert, die zur Konstruktion supraleitender Qubits und parametrischer Bauelemente genutzt werden.