Cómo modelar y simular circuitos de uniones Josephson con cuantificación de flujo

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Circuitos superconductores que tienen en cuenta el flujo

Para modelar un circuito superconductor con cuantificación de flujo es necesario representar el flujo magnético y la fase de Josephson, además de las tensiones y corrientes habituales del circuito. Los modelos de uniones Josephson e inductores sensibles al flujo presentan nodos de flujo auxiliares que permiten al circuito expresar directamente las relaciones entre fase y flujo. Estos componentes pueden ensamblarse en bucles superconductores y polarizarse con flujo aplicado externamente para modelar dispositivos como los dispositivos superconductores de interferencia cuántica de radiofrecuencia (rf-SQUID) y los SQUID de corriente continua.

La simulación puede utilizar el análisis transitorio cuando la cuantificación del flujo surge de forma natural a partir de la evolución temporal del circuito, o bien un circuito de flujo auxiliar puede imponer la restricción de cuantificación para los análisis de corriente continua (CC), parámetros S, corriente alterna (CA) y equilibrio armónico. De este modo, se puede evaluar el comportamiento en función del flujo —fase, corriente circulante, inductancia, transmisión, ganancia, compresión e intermodulación— tanto para SQUID individuales como para circuitos y matrices multijunción más complejos.

Solución de modelización de circuitos Josephson con cuantificación de flujo

Modela el bucle superconductor conectando componentes de unión de Josephson sensibles al flujo e inductancias, de modo que la suma de los flujos de los componentes satisfaga la condición de cuantización de flujo requerida. El sistema de diseño Advanced (ADS) de Keysight proporciona modelos de uniones de Josephson con terminales auxiliares de fase/flujo, así como modelos de inductores y de inductancia mutua sensibles al flujo que relacionan el comportamiento eléctrico convencional con el flujo normalizado del circuito. Los diseñadores pueden utilizar la simulación de transitorios o construir explícitamente un bucle de flujo auxiliar para el análisis en el dominio de la frecuencia. Este enfoque admite análisis de corriente continua, de parámetros S y de equilibrio armónico, y se ha demostrado su aplicación en SQUID de radiofrecuencia, SQUID de corriente continua, elementos no lineales SNAIL, matrices «snake» y amplificadores paramétricos de Josephson.
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Modelización mediante cuantización de flujo de un SQUID de RF en la simulación de circuitos cuánticos

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