Курсовая работа: Квантові комп’ютери
В основі ефектів Джозефсона лежать квантові властивості надпровідного стану. Дійсно, надпровідний стан характеризується когерентністю куперівських пар: ці пари електронів знаходяться на одному квантовому рівні й описуються загальною для всіх пар хвильовою функцією, її амплітудою і фазою. Вони когерентні як частки світла - фотони у випромінюванні лазера, що також характеризується амплітудою і фазою електромагнітної хвилі.
Представимо тепер собі два масивних шматки того самого надпровідника, цілком ізольованих друг від друга. Так як обоє вони знаходяться у надпровідному стані, кожний з них буде характеризуватися своєю хвильовою функцією. Оскільки матеріали і температури однакові, модулі обох хвильових функцій повинні збігатися, а фази довільні. Однак, якщо установити між ними хоча б слабкий контакт, наприклад тунельний, куперівські пари будуть проникати з одного шматка в інший і установиться фазова когерентність. Виникне єдина хвильова функція всього надпровідника, яку можна розглядати як результат інтерференції хвильових функцій двох половинок. Нижче буде показано, що надпровідники зі слабкими зв’язками дають унікальну можливість спостереження фази хвильової функції в макроскопічному масштабі аналогічно проявові фази електромагнітної хвилі в явищах інтерференції в оптику.
Варто помітити, що слабкий зв’язок між двома надпровідниками - це просто зручний об’єкт для виявлення інтерференційних ефектів. Однак такі ефекти були відомі порівняно давно. Один з яскравих прикладів - квантування магнітного потоку і струму у надпровідному кільці. Дійсно, надпровідний струм може приймати тільки такі значення, при яких на довжині кільця може укластися ціле число довжин хвиль хвильової функції надпровідних електронів, тобто при обході по контурі кільця хвильова функція в кожній точці попадає у фазу сама із собою. Ще раз видна повна аналогія з квантуванням орбіт в атомі Бора.
Як уже згадувалося, стаціонарний ефект Джозефсона полягає в тому, що досить слабкий струм І (менший критичного струму слабкого зв’язку Іс ) протікає без опору, тобто не відбувається спадання напруги. Джозефсон одержав наступний вираз для струму І:
І= Іс ∙ sinφ ,
де φ - різниця фаз хвильових функцій по різні сторони слабкого зв’язку. У своїй роботі Джозефсон передбачив, що в області діелектричного прошарку будуть інтерферувати когерентні струми, що виходять з обох надпровідників, так само як світлові хвилі від двох когерентних джерел. Тому результуючий струм виявляється пропорційним с