Reticoli di giunzione Josephson con dissipazione

Le giunzioni Josephson con accoppiamento capacitivo possono permettere l'osservazione di stati quantistici 'entangled' e sono state proposte per la realizzazione di 'gates' quantistici. Per questo impiego è necessario che sia minima la dissipazione inerente alle giunzioni, dovuta principalmente alla presenza di quasiparticelle nella giunzione stessa ed alla qualità  dell'ossido isolante che forma la barriera della giunzione. Di tali sistemi è importante studiare la struttura dello stato fondamentale, che probabilmente mostra una struttura entangled: infatti risulta da simulazioni quantistiche che, in una giunzione Josephson con forte parametro di accoppiamento g=E_C/E_J, le fluttuazioni puramente quantistiche della fase crescono sensibilmente a bassa temperatura. L'incremento delle fluttuazioni nello stato fondamentale è anche la probabile origine della rientranza osservata numericamente [1] nella transizione di fase superconduttore-normale in un reticolo di giunzioni Josephson bidimensionale, che si verifica per accoppiamento prossimo al punto critico quantistico g=g_c [2]. Simili sistemi sono stati realizzati artificialmente, senza e con [3] resistenza di shunt sulle giunzioni: la zona della transizione di fase quantistica (T=0) può dunque essere studiata anche in laboratorio. E' inoltre importante studiare il meccanismo della decoerenza indotta in tale sistema dagli accoppiamenti dissipativi generati dall'ambiente elettromagnetico, sia standard (resistenze di shunt e tunnelling di quasiparticelle) sia 'anomali' (giunzioni accoppiate con impedenza generica). Il nostro gruppo ha esperienza nel trattare simili sistemi, ed ha sviluppato e perfezionato tecniche sia analitiche di tipo semiclassico, quale l'approssimazione armonica self-consistente puramente quantistica [4-7], che numeriche, quali simulazioni Monte Carlo quantistiche nello spazio diretto e in quello di Fourier [8]. Mediante quest'ultima tecnica si è analizzato l'effetto di dissipazione Ohmica sulla transizione rientrante superconduttore-normale già  osservata nel modello di reticolo bidimensionale di giunzioni Josephson in prossimità  dell'accoppiamento critico. Si è evidenziato [9] come al crescere della dissipazione la rientranza sparisca progressivamente; i dati mostrano che, oltre un certo valore di soglia per la dissipazione, la transizione è presente anche forte accoppiamento, come congetturato in precedenti studi teorici e in accordo con gli esperimenti disponibili [3].

[1] L.Capriotti, A.Cuccoli, A.Fubini, V.Tognetti, R.Vaia, "Reentrant behavior of the phase stiffness in Josephson junction arrays", Phys. Rev. Lett. 91, 247004 (2003) [2] R.Fazio, H.S.J. van der Zant, Phys. Rep. 355, 235 (2001) [3] Y. Takahide, R. Yagi, A. Kanda, Y. Ootuka, S. Kobayashi, Phys. Rev. Lett. 85, 1974 (2000) [4] A.Cuccoli, A.Rossi, V.Tognetti, R.Vaia, "Thermodynamics of dissipative quantum systems by effective potential", Phys.Rev. E 55, 4849 (1997) [5] A.Cuccoli, A.Fubini, V.Tognetti, R.Vaia, "Thermodynamics of quantum dissipative many-body systems", Phys.Rev E 60, 231 (1999) [6] A.Cuccoli, A.Fubini, V.Tognetti, R.Vaia, "Quantum effects on the BKT phase transition of two-dimensional Josephson arrays", Phys.Rev. B 61, 11289 (2000) [7] A.Cuccoli, A.Fubini, V.Tognetti, R.Vaia, "Quantum thermodynamics of systems with anomalous dissipative coupling", Phys.Rev. E 64, 066124 (2001) [8] L.Capriotti, A.Cuccoli, A.Fubini, V.Tognetti, R.Vaia, "Simulating quantum dissipation in many-body systems", Europh.Lett. 58, 155 (2002) [9] L.Capriotti, A.Cuccoli, A.Fubini, V.Tognetti, R.Vaia, "Reentrant behavior of the phase stiffness in Josephson junction arrays", Phys.Rev.Lett. 91, 247004 (2003)

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