Suprajohtavat kubitit

Abstract

Kvanttitietokoneet ovat laitteita, joiden kehitys tulee todennäköisesti muuttamaan maailmamme samalla tavalla kuin transistorin keksiminen ja kehittyminen on muokannut maailmaa viimeisen sadan vuoden aikana. Kvanttitietokoneiden perimmäisenä toimintaperiaatteena on kvanttimekaaniseen toimintaan ja vuorovaikutukseen kykenevät kubitit, joiden avulla kvanttitietokoneet voivat saavuttaa hyvin suuren laskentatehon. Koska kubitit kuitenkin käyttävät hyväkseen kvanttimekaaniikan herkkiä ilmiöitä, on niiden rakentaminen ja toimiminen kuitenkin hyvin hankalaa. Kubitteja on keksitty ja tutkittu hyvin paljon erilaisista komponenteista rakennettuina. On olemassa niin sanottuja luonnollisia kubitteja, jotka käyttävät superpositiotiloina luonnosta löytyviä ominaisuuksia esimerkiksi elektronin spin, sekä keinotekoisia kubitteja, joiden kvanttimekaaniset parametrit voidaan itse valita niitä suunnitellessa. Näihin keinotekoisiin kubitteihin kuuluvat työssä tarkemmin esiteltävät suprajohtavat kubitit, joiden toiminta perustuu suprajohtavassa piirissä kulkevien johdinelektroniparien kvanttimekaanisiin ilmiöihin.

Tutkielman alussa esitellään ja kerrotaan hieman kvanttitietokoneiden historiasta ja toiminnasta yleisellä tasolla, minkä jälkeen siirrytään tutkimaan kubitteja ja niiden vaatimuksia sekä esitellään muutama käytössä oleva kubittityyppi. Tutkielman pääpaino on kuitenkin kirjallisuuslähteiden avulla tehtävässä suprajohtavien kubittien tutkimisessa ja niihin liittyvien kvanttimekaniikan ilmiöiden ja ongelmien selittämisessä fysiikan avulla.