Josephson-Quanten-Effekt

Der Josephson-Quanten-Effekt beruht auf der Quantenmechanik und tritt auf, wenn ein Tunnelstrom zwischen zwei Supraleitern fließt, die durch eine dünne isolierende Schicht getrennt sind. Werden zwei Supraleiter durch eine (nur wenige Nanometer dünne, nicht-supraleitende Barriere) getrennt, so können Cooper-Paare von einem Supraleiter durch die Barriere in den anderen Supraleiter tunneln. Bei der statischen Form des Effektes (Anlegen einer Gleichspannung) tritt ein hochfrequenter Wechselstrom auf, dessen Frequenz proportional zur Spannung ist. Die dynamische Form des Effektes (die Einwirkung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen) führt hingegen zu präzisen Frequenz-Spannungs-Beziehungen, die sich durch Gleichungen beschreiben lassen und eine genaue Methode zur Definition von Spannung ermöglicht.

In der Quantenforschung ermöglicht der Josephson-Effekt die präzise Steuerung und Messung von Quantensystemen, indem damit quantisierte Spannungen und Frequenzen erzeugt werden können. Dies ermöglich (bei niedrigen Temperaturen in supraleitenden Quantenschaltkreisen) eine zuverlässige Datenerfassung und Signalverarbeitung. Sogenannte Josephson-Junctions, die auf diesem Effekt basieren eignen sich als Quantenbits (Qubits) für supraleitende Quantencomputer und dienen als Grundlage für Logikoperationen.

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