We fabricate a three-Josephson-junction flux qubit, a nonlinear superconducting circuit acting as a quantum two-level system with a macroscopic degree of freedom. First, the capacitance per unit area of the used Josephson junctions, Cs=(100±25)fF/µm2,
is determined from DC SQUID voltage steps. Next, we probe the coherence times of our qubit using a novel variant of the switching-DC-SQUID readout. At the optimal point, our device is relaxation-limited with T1≅100ns and Tφ≅2µs. Ramsey
and spin echo experiments reveal 1/f-noise and suggest microscopic fluctuators in the tunnel barriers as its source. As in other experiments, the 1/f-noise magnitude is ≅(10-6Φ0)2. Finally, the qubit is coupled to a linear
LC-resonator in a circuit quantum electrodynamics experiment. Spectroscopically, an upconversion mechanism enabled by controlled symmetry breaking is demonstrated.
Translated abstract:
Ein Flussqubit aus drei Josephsonkontakten wird hergestellt. Dieser nichtlineare supraleitende Schaltkreis bildet ein Quantenzweiniveausystem mit einem makroskopischen Freiheitsgrad. Zuerst ermitteln wir die Kapazität pro Fläche der Josephsonkontakte, Cs=(100±25)fF/µm2,
aus DC-SQUID-Spannungsstufen. Dann messen wir die Kohärenzzeiten unseres Qubits mit einer neuen Variante der Switching-DC-SQUID-Auslesemethode. Am optimalen Betriebspunkt dominiert die Relaxation und man findet T1≅100ns und Tφ≅2µs. Ramsey-
und Spinechomessungen belegen 1/f-Rauschen und weisen auf Fluktuatoren in den Tunnelbarrieren als dessen Quelle hin. Wie in anderen Experimenten findet man eine Rauschamplitude von ≅(10-6Φ0)2. Zuletzt wird in einem Circuit-Quantenelektrodynamikexperiment
das Qubit mit einem LC-Resonator gekoppelt. Der spektroskopisch gezeigte Upconversion-Mechanismus wird durch eine kontrollierte Symmetriebrechung möglich.
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