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Vladimir E. Manucharyan

Vladimir Eduardovich Manucharyan gehört zu den herausragenden Wissenschaftlern der modernen Quantenphysik. Als Pionier auf dem Gebiet der supraleitenden Quantenarchitekturen hat er entscheidend zur Entwicklung neuartiger Qubit-Designs beigetragen, insbesondere des Fluxonium-Qubits. Seine Forschung bewegt sich an der Schnittstelle zwischen Theorie und experimenteller Realisierung von Quantentechnologien – einem Feld, das heute als Grundlage der kommenden Quantengeneration gilt.

Manucharyans Karriere ist ein Paradebeispiel für eine wissenschaftliche Laufbahn, die von intellektueller Neugier, technischer Raffinesse und interdisziplinärer Zusammenarbeit geprägt ist. Seine Arbeiten markieren nicht nur technische Meilensteine, sondern zeigen auch, wie ein tieferes Verständnis quantenmechanischer Phänomene zu praktischen Anwendungen führen kann – sei es in Quantencomputern, Metrologie oder der ultrasensiblen Detektion physikalischer Größen.

Diese Abhandlung zeichnet die wissenschaftliche Entwicklung Manucharyans nach – von seinen frühen akademischen Jahren bis hin zu seiner heutigen Rolle als führender Forscher an der University of Maryland. Im Mittelpunkt stehen dabei seine Beiträge zur supraleitenden Quanteninformation, die Konzeption und Optimierung von Qubits sowie seine prägende Wirkung auf eine neue Generation von Quantentechnologen.

Frühes Leben und akademische Herkunft

Vladimir Manucharyan wurde 1982 in der damaligen Sowjetunion geboren – einem kulturellen und wissenschaftlichen Umfeld, das durch eine starke mathematisch-naturwissenschaftliche Tradition geprägt war. Schon früh entwickelte er ein ausgeprägtes Interesse an physikalischen Fragestellungen, das durch den Zugang zu exzellenten Ausbildungsinstitutionen und Mentoren weiter gestärkt wurde.

Seine schulische Laufbahn war von einer mathematisch-physikalischen Exzellenz bestimmt. Bereits in jungen Jahren gewann er Anerkennung bei Schülerwettbewerben, die ihm die Türen zu renommierten Universitäten öffneten. Er entschied sich für ein Physikstudium an der Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT) – einer der führenden akademischen Einrichtungen in Russland, bekannt für ihre strengen Auswahlverfahren und ihre fokussierte Ausbildung in theoretischer Physik.

Während seiner Studienzeit vertiefte Manucharyan sein Verständnis der klassischen Mechanik, Elektrodynamik, statistischen Physik und vor allem der Quantenmechanik. Die mathematische Strenge der russischen Physikschule – geprägt von Denkern wie Landau, Lifschitz und Fock – legte dabei das theoretische Fundament für seine spätere Forschung.

Frühzeitige Interessen in Physik und Quantenphänomenen

Schon in seiner Grundausbildung zeigte Manucharyan ein besonderes Interesse an quantenmechanischen Konzepten – insbesondere an der Verschränkung, Superposition und kohärenten Zuständen. In den frühen 2000er Jahren begann sich das Forschungsfeld der Quanteninformation rasch zu entwickeln, was auch in russischen Forschungskreisen aufmerksam verfolgt wurde. Themen wie Quantencomputer, Quantenalgorithmen und die physikalische Realisierung von Qubits wurden zunehmend Teil der akademischen Diskussion.

Manucharyan erkannte früh, dass der Brückenschlag zwischen Quantenphysik und Ingenieurswissenschaften – insbesondere durch supraleitende Schaltkreise – ein Schlüssel zur praktischen Nutzbarmachung quantenmechanischer Phänomene sein könnte. Besonders faszinierte ihn die Idee, makroskopische Objekte wie supraleitende Loops in quantenmechanisch definierte Zustände zu versetzen und deren Dynamik zu steuern.

Seine ersten Forschungsprojekte beschäftigten sich mit quantenmechanischen Modellen der Kondensierten Materie. Hierbei untersuchte er unter anderem quantisierte Energiezustände in Josephson-Kontakten sowie nichtlineare Kopplungen in supraleitenden Netzwerken. Schon in dieser frühen Phase zeigte sich eine bemerkenswerte Fähigkeit, komplexe quantenmechanische Systeme zu modellieren und experimentell relevante Fragestellungen theoretisch zu durchdringen.

Akademische Stationen: Der Weg zur Quantenphysik

Nach dem erfolgreichen Abschluss seines Physikstudiums in Russland entschloss sich Manucharyan, seine akademische Laufbahn im Westen fortzusetzen – mit dem Ziel, in einer der weltweit führenden Forschungsgruppen für experimentelle Quantenphysik tätig zu werden. Dieses Ziel führte ihn schließlich an die Yale University, wo er unter der Leitung von Michel Devoret promovierte – einer der zentralen Figuren der modernen supraleitenden Quantenphysik.

An der Yale University begann Manucharyan, sich intensiv mit supraleitenden Quantenschaltkreisen auseinanderzusetzen. Seine Dissertation legte den Grundstein für das Fluxonium-Qubit – eine neuartige Architektur, die darauf abzielte, die Limitierungen früherer Qubit-Typen wie Charge- und Transmon-Qubits zu überwinden.

Während seiner Promotionszeit veröffentlichte Manucharyan mehrere hochzitierte Arbeiten, in denen er sowohl theoretische als auch experimentelle Aspekte supraleitender Qubits untersuchte. Besonders bemerkenswert war sein Beitrag zur quantenmechanischen Modellierung nichtlinearer Induktivitäten, die in Fluxonium-Schaltkreisen verwendet werden. Diese erlauben eine bessere Kontrolle über die Energieniveaus der Qubits und ermöglichen eine signifikante Verbesserung der Kohärenzzeiten.

Nach seiner Zeit an der Yale University trat Manucharyan eine Professur an der University of Maryland an. Dort gründete er eine eigene Forschungsgruppe, die sich mit der Optimierung supraleitender Qubits, Quantensimulationen und der Entwicklung skalierbarer Quantenarchitekturen befasst. Die University of Maryland – mit ihrer engen Verbindung zu nationalen Forschungseinrichtungen wie dem Joint Quantum Institute (JQI) und dem Quantum Materials Center (QMC) – bot ihm ein ideales Umfeld, um interdisziplinäre Forschung auf höchstem Niveau zu betreiben.

Der Aufstieg in der Quantenforschung

Der wissenschaftliche Aufstieg von Vladimir Manucharyan ist eng mit der dynamischen Entwicklung der supraleitenden Quanteninformationsforschung verknüpft. Nach seiner akademischen Grundausbildung fand er sich rasch in einem hochkarätigen internationalen Forschungsumfeld wieder, das die Entwicklung moderner Quantenarchitekturen maßgeblich prägte. Insbesondere seine Zeit an der Yale University markiert einen Wendepunkt: Dort entstand nicht nur das Fluxonium-Qubit, sondern auch ein tiefgreifendes Verständnis für das Zusammenspiel von Quantenkohärenz, supraleitender Nichtlinearität und skalierbaren Schaltkreisen.

Forschungsumfeld an der Yale University und darüber hinaus

Zusammenarbeit mit Michel Devoret, Luigi Frunzio und Steven Girvin

An der Yale University arbeitete Manucharyan in einem der einflussreichsten Forschungszentren für supraleitende Quantenphysik weltweit. Unter der Leitung von Michel Devoret – einem Pionier der Quantenmesstechnik – war die Forschungsgruppe interdisziplinär aufgestellt und verband tiefes theoretisches Wissen mit modernster Experimentierkunst.

Ein weiterer Schlüsselakteur war Luigi Frunzio, dessen Expertise in Mikrowellenresonatoren und supraleitenden Materialien wesentlich zur Realisierung stabiler Qubit-Systeme beitrug. Zusammen mit Steven Girvin, einem renommierten Theoretiker auf dem Gebiet der Quantenoptik und der quantenmechanischen Kopplung von Licht und Materie, bildete sich ein Umfeld, in dem innovative Ideen sofort experimentell getestet werden konnten.

Manucharyan integrierte sich rasch in dieses Netzwerk und erwies sich als Bindeglied zwischen Theorie und Experiment. Sein ausgeprägtes physikalisches Intuition und seine mathematische Präzision machten ihn zu einem zentralen Akteur in mehreren bahnbrechenden Projekten.

Rolle in der Entwicklung supraleitender Quantenschaltkreise

In der Phase von 2007 bis 2010 lag der Forschungsschwerpunkt der Gruppe auf der Weiterentwicklung supraleitender Qubits, die bereits damals als vielversprechendste Plattform für Quantencomputer galten. Frühere Qubit-Modelle – wie der Charge-Qubit und der Transmon-Qubit – hatten grundlegende Limitationen in Bezug auf Empfindlichkeit gegenüber Umgebungsrauschen.

Manucharyans Hauptbeitrag bestand darin, die Schwächen dieser Architekturen durch ein neues Designprinzip zu überwinden: das Fluxonium-Qubit. Dieses Qubit basiert auf einer Josephson-Junktion, die durch eine große Induktivität shunt-gekoppelt ist. Die resultierende Hamilton-Funktion hat eine besonders günstige energetische Struktur, die es erlaubt, kohärente Superpositionen über längere Zeiträume zu stabilisieren:

<br /> H = 4 E_C (n - n_g)^2 - E_J \cos(\varphi) + \frac{1}{2} E_L \varphi^2<br />

Hierbei steht:

  • E_C für die Ladeenergie,
  • E_J für die Josephson-Energie,
  • E_L für die Energie der induktiven Kopplung,
  • \varphi für die Phasenvariable.

Die Einführung dieser Induktivität – die typischerweise durch einen Josephson-Junction-Array realisiert wird – war ein konzeptioneller Durchbruch. Sie reduzierte das Rauschen in der Ladungsbasis drastisch und ermöglichte eine neue Form der Qubit-Steuerung.

Dissertation: Prägende Jahre und wegweisende Arbeiten

Titel, zentrale Thesen und methodischer Aufbau

Die Dissertation von Manucharyan, eingereicht im Jahr 2010 an der Yale University, trug den Titel: „Fluxonium: Single Cooper-Pair Circuit Free of Charge Offsets“

Im Zentrum stand die Frage, wie man ein supraleitendes System so konstruieren kann, dass es nicht mehr durch zufällige statische Offsetladungen beeinflusst wird – ein Hauptproblem bei früheren Qubit-Modellen. Die Grundidee war es, einen Qubit-Typ zu schaffen, dessen energetische Zustände weitgehend von externen Fluktuationen entkoppelt sind und dessen kohärente Dynamik quantenmechanisch kontrollierbar bleibt.

Der methodische Aufbau der Arbeit war bemerkenswert systematisch. Zunächst wurde eine fundierte theoretische Modellierung durchgeführt, basierend auf der Quantisierung nichtlinearer elektrischer Schaltkreise. Anschließend erfolgte eine detaillierte experimentelle Umsetzung, bei der Parameter wie Übergangsfrequenz, Kohärenzzeit und Relaxationszeit systematisch vermessen wurden.

Experimentelle Ansätze im Bereich supraleitender Qubits

Ein Schlüsselelement des experimentellen Designs war die Implementierung eines Josephson-Junction-Arrays als effektive Superinduktivität. Diese Komponenten ermöglichen es, die Phase des supraleitenden Kreises in einem gut definierten Bereich zu halten – was die Kontrolle über die Quantenbasiszustände erheblich verbessert.

Zudem wurden Mikrowellenresonatoren eingesetzt, um die Zustände des Qubits aus der Ferne zu lesen, ohne sie direkt zu stören – ein Konzept, das später als dispersive Kopplung bezeichnet wurde. Die dabei verwendete Kopplung zwischen Qubit und Resonator lässt sich durch die Hamiltonfunktion

<br /> H_{\text{int}} = \hbar g \sigma_z (a + a^\dagger)<br />

beschreiben, wobei g die Kopplungsstärke ist und a, a^\dagger die Annihilations- bzw. Erzeugungsoperatoren des Resonatormodus sind.

Diese experimentellen Techniken bildeten die Grundlage für spätere Entwicklungen in der quantenmechanischen Fehlerkorrektur und im Design skalierbarer Quantenprozessoren.

Übergang zur eigenständigen Forschungsleitung

Professur an der University of Maryland

Nach Abschluss seiner Promotion nahm Manucharyan eine Professur an der University of Maryland an – einer Institution, die eng mit dem Joint Quantum Institute (JQI) sowie dem Quantum Materials Center (QMC) zusammenarbeitet. Diese Konstellation erlaubte ihm, in einem akademisch wie technologisch exzellenten Umfeld eigene Forschungslinien aufzubauen.

Hier verfolgte Manucharyan eine konsequente Weiterentwicklung des Fluxonium-Konzepts, sowohl in Richtung verbesserter Fehlerresistenz als auch im Hinblick auf die Integration in skalierbare Quantenarchitekturen. Parallel dazu begann er, seine Expertise auch in andere Bereiche zu transferieren – etwa in die Quantensimulation komplexer Systeme sowie in die ultrasensitive Metrologie auf Basis quantenmechanischer Zustände.

Aufbau eines interdisziplinären Forschungsteams

An der University of Maryland etablierte Manucharyan ein multidisziplinäres Forschungsteam, das theoretische Physik, elektrische Ingenieurwissenschaften, Materialwissenschaft und Quantenelektronik vereint. Ziel war es, supraleitende Systeme nicht nur zu analysieren, sondern vollständig in kontrollierbare Quantenprozessoren zu integrieren.

Seine Gruppe entwickelte experimentelle Setups, bei denen Quantenzustände über mehrere Millisekunden kohärent erhalten werden konnten – ein entscheidender Fortschritt gegenüber früheren Generationen von Qubits. Parallel wurde an Schnittstellen zu klassischen Steuereinheiten gearbeitet, die eine präzise Echtzeitkontrolle und Quantenfehlerkorrektur erlauben.

Fluxonium-Qubit: Ein Meilenstein der supraleitenden Qubit-Architekturen

Die Entwicklung des Fluxonium-Qubits durch Vladimir E. Manucharyan stellt einen entscheidenden Fortschritt in der supraleitenden Qubittechnologie dar. Während frühere Architekturen wie Transmon- und Charge-Qubits fundamentale Durchbrüche ermöglichten, zeigten sie auch konzeptionelle und technische Schwächen – insbesondere in Bezug auf Kohärenz, Steuerbarkeit und Skalierbarkeit. Fluxonium überwindet diese Einschränkungen durch eine geschickte Kombination aus Nichtlinearität, hoher Induktivität und einer ausgeklügelten Phasenkontrolle.

Die theoretische Grundlage von Fluxonium

Das Fluxonium-Qubit basiert auf einem supraleitenden Ring mit einer einzigen Josephson-Junktion, die über eine große Induktivität „shunt“-gekoppelt ist. Diese Architektur erlaubt es, quantenmechanische Zustände zu erzeugen, die sowohl robust gegenüber Umgebungsrauschen als auch flexibel in ihrer Kontrolle sind.

Vergleich mit Transmon- und Charge-Qubits

Frühere Qubit-Typen wie das Charge-Qubit oder der Transmon basieren auf dem Prinzip der quantisierten Ladung auf einem supraleitenden Inselchen, wobei die Dynamik durch die Balance von Josephson-Energie E_J und Ladeenergie E_C bestimmt wird. Das Charge-Qubit hat eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Offset-Ladungen, während der Transmon – mit E_J \gg E_C – diese durch eine Delokalisierung der Ladungsbasis reduziert.

Im Gegensatz dazu operiert Fluxonium in einem erweiterten Parameterbereich, bei dem zusätzlich die induktive Energie E_L eine dominierende Rolle spielt. Die Fluxonium-Hamiltonfunktion lautet:

<br /> H = 4E_C(n - n_g)^2 - E_J \cos(\varphi) + \frac{1}{2} E_L \varphi^2<br />

Der zusätzliche quadratische Term in \varphi resultiert aus der Superinduktivität und verschiebt die Energieeigenzustände in eine neue Konfigurationslandschaft, in der kohärente Oszillationen zwischen mehreren Minima auftreten können.

Nichtlinearitäten und Induktivitäten als Schlüsselkomponenten

Ein zentrales Konzept von Fluxonium ist die künstlich erzeugte Nichtlinearität über die Josephson-Junktion, gepaart mit einer großen Induktivität. Letztere wird realisiert durch eine Kette von Josephson-Junctions, die kollektiv als sogenannte Superinduktanz wirken. Sie verhalten sich wie ein extrem träger Strompfad und liefern die benötigte Phase-Rückstellkraft.

Die nichtlineare Dynamik des Systems lässt sich durch eine Potentiallandschaft beschreiben, in der die Phasenvariable \varphi in mehreren energetischen Minima oszillieren kann. Diese Mehrfachstruktur ist der Schlüssel zur Manipulation von Qubit-Zuständen mit hoher Kohärenz und Selektivität.

Experimentelle Umsetzung und Herausforderungen

Designprinzipien und supraleitende Materialien

Die Realisierung von Fluxonium erfordert eine besonders präzise Mikrostrukturierung. Die Josephson-Junctions werden typischerweise durch Aluminiumoxid-Barrieren realisiert, während das gesamte Schaltungslayout aus supraleitendem Aluminium auf einem Saphir- oder Siliziumsubstrat gefertigt wird.

Die Herausforderung liegt insbesondere in der Herstellung der Superinduktanz, die aus dutzenden oder gar hunderten Josephson-Kontakten besteht. Diese Arrays müssen homogen und verlustarm sein, da jede Inhomogenität zu Dekohärenz und spektralen Verbreiterungen führen kann.

Zudem sind spezielle Mikrowellenresonatoren notwendig, um das System bei niedrigen Temperaturen (unter 20 mK) im Rahmen eines Circuit-QED-Ansatzes auszulesen. Diese ermöglichen eine dispersive Kopplung des Qubits an externe Kontroll- und Leseschaltungen.

Rauschunterdrückung und Koherenzerhalt

Die Fluxonium-Architektur wurde gezielt entwickelt, um die Empfindlichkeit gegenüber 1/f-Rauschen und Ladungsfluktuationen zu minimieren. Durch die Einführung der Superinduktivität wird die energetische Separation zwischen den logischen Zuständen des Qubits erhöht, wodurch thermische und quantenmechanische Fluktuationen weniger Einfluss nehmen können.

Messungen zeigen, dass Fluxonium-Qubits in der Lage sind, Kohärenzzeiten von mehreren Hundert Mikrosekunden zu erreichen – Werte, die bis dato nur in Ionenfallen oder Stickstoff-Vakanzzentren realisiert wurden. Damit rückt Fluxonium in den Bereich der hochqualitativen Qubit-Kandidaten für Fehlerkorrekturverfahren.

Typische Relaxations- (T_1) und Dekohärenzzeiten (T_2) liegen bei optimierten Designs bei:

<br /> T_1 \approx 300\ \mu\text{s}, \quad T_2 \approx 100{-}200\ \mu\text{s}<br />

Diese Werte variieren je nach Resonanzfrequenz, Kopplung zur Umgebung und Qualität der Materialien.

Fluxonium im Vergleich zu alternativen Architekturen

Vorteile hinsichtlich Kohärenzzeiten und Fehlertoleranz

Im Vergleich zu Standard-Transmon-Qubits bietet Fluxonium mehrere bedeutende Vorteile:

  • Höhere Kontrolle über Transitionen, da die energetischen Übergänge durch die Potenziallandschaft stärker lokalisiert sind.
  • Niedrigere Betriebsfrequenzen, was den Einfluss von Hochfrequenzrauschen reduziert.
  • Bessere Trennung zwischen logischen und angeregten Zuständen, was für Gate-Fidelity und Fehlerkorrektur entscheidend ist.

Diese Eigenschaften machen Fluxonium besonders geeignet für Quantenarchitekturen, in denen selektive Steuerung und gleichzeitiger Betrieb vieler Qubits gefordert sind.

Kompatibilität mit Quantum Error Correction

Die Eigenschaften von Fluxonium sind besonders vielversprechend im Kontext von Fehlerkorrekturverfahren, etwa dem surface code oder der cat-code-Implementierung. Durch die lange Kohärenzzeit und die flexible Steuerbarkeit lassen sich logische Qubits effizient encodieren, kontrollieren und fehlerkorrigieren.

Ein weiteres Zukunftsfeld ist die Kombination von Fluxonium mit parametrischen Gates sowie die Kopplung an modulierte Resonatoren zur Implementierung von Gate-Operationen mit hoher Treue. Erste Experimente zeigten, dass Fluxonium-basierte Systeme bereits heute eine Fehlerwahrscheinlichkeit unterhalb der Schwelle für den Einsatz von Quantum Error Correction erreichen.

Beiträge zur Quantenmetrologie und quantenkohärenten Systeme

Vladimir E. Manucharyans wissenschaftlicher Einfluss geht weit über die Entwicklung neuer Qubit-Architekturen hinaus. Ein zentrales Thema seiner Forschung ist die Anwendung supraleitender Quantenschaltkreise in der hochpräzisen Messphysik – der Quantenmetrologie. In diesem Bereich ermöglichen Quantensysteme Messungen mit einer Genauigkeit, die klassische Systeme fundamental nicht erreichen können. Seine Arbeiten leisten damit nicht nur Beiträge zur Grundlagenphysik, sondern auch zur Entwicklung technologischer Anwendungen in Präzisionsmesstechnik, Sensorik und Quantennavigation.

Supraleitende Quantenschaltkreise in der Metrologie

Supraleitende Quantenschaltkreise – insbesondere solche mit starker Nichtlinearität und hoher Kohärenz – eignen sich ideal als Plattformen für metrologische Anwendungen. Die Fähigkeit, Quantenzustände gezielt zu erzeugen, zu kontrollieren und auszulesen, ermöglicht eine extreme Empfindlichkeit gegenüber externen Feldern wie Magnetfluss, elektrischer Spannung oder Strahlung.

Manucharyans Arbeiten haben gezeigt, dass Fluxonium-basierte Systeme aufgrund ihrer ausgeprägten Energieniveau-Struktur hervorragende Eigenschaften als quantenmechanische Detektoren aufweisen. Ein typisches Einsatzszenario ist die Detektion kleinster magnetischer Flussänderungen über den quantisierten Übergang zwischen Grund- und angeregtem Zustand des Qubits. Die Frequenz \omega_{01} dieses Übergangs hängt dabei direkt vom durch das System geschlossenen Fluss \Phi_{\text{ext}} ab:

<br /> \omega_{01}(\Phi_{\text{ext}}) \approx \sqrt{8 E_C E_L} \left[ 1 - \frac{1}{2} \left( \frac{\Phi_{\text{ext}}}{\Phi_0} \right)^2 \right]<br />

Diese Abhängigkeit macht Fluxonium zu einem extrem empfindlichen magnetometrischen Element. Derartige Systeme können Flussänderungen im Bereich von 10^{-6} \Phi_0 (ein Millionstel des Flussquants) detektieren – ein Bereich, der bisher nur mit SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices) erreicht wurde, jedoch mit wesentlich geringerem Rauschen.

Untersuchungen zu Quantenrauschen und Dissipation

Ein weiteres zentrales Thema in Manucharyans Forschung ist das Verständnis und die Kontrolle von Quantenrauschen und Dissipation in supraleitenden Systemen. Während klassische Rauschquellen durch Temperatur und externe Signale verursacht werden, treten in quantenmechanischen Systemen zusätzliche Störungen auf, etwa durch Kopplung an nichtlineare Umgebungen oder durch Quasiteilchen in supraleitenden Kontakten.

In mehreren Arbeiten analysierte Manucharyans Team die Kopplung zwischen supraleitenden Qubits und ihrer Umgebung durch dissipative Moden. Eine zentrale Erkenntnis war, dass bestimmte Kopplungsmechanismen – etwa durch Zwei-Niveau-Systeme (TLS) in dielektrischen Substraten – frequenzspezifisch unterdrückt oder kanalisiert werden können. Die effektive Relaxationsrate \Gamma_1 lässt sich dabei aus Fermi’s Golden Rule herleiten:

<br /> \Gamma_1 = \frac{2\pi}{\hbar} |\langle 1 | \hat{O} | 0 \rangle|^2 S_O(\omega_{01})<br />

Hier beschreibt \hat{O} den Kopplungsoperator und S_O(\omega) das Spektrum der Umweltfluktuationen bei der Übergangsfrequenz \omega_{01}.

Diese Analysen bilden die Grundlage für das gezielte Engineering „ruhiger Frequenzfenster“, in denen Quantenoperationen mit minimalem Rauschhintergrund stattfinden können – ein entscheidender Schritt zur Realisierung stabiler Quantenprozessoren.

Hybridisierung mit klassischen Mikrowellen-Resonatoren

Manucharyans Forschung zeigt eindrucksvoll, wie die Kopplung zwischen supraleitenden Qubits und klassischen Mikrowellenresonatoren zur präzisen Kontrolle quantenmechanischer Prozesse genutzt werden kann. Diese Kopplung ermöglicht sowohl das nicht-invasive Auslesen von Qubitzuständen als auch die gezielte Manipulation durch resonante oder dispersive Wechselwirkungen.

Im dispersiven Regime ergibt sich eine effektive Hamiltonfunktion, bei der der Qubit-Zustand den Resonator frequenzverschiebt:

<br /> H_{\text{disp}} = \hbar \omega_r a^\dagger a + \frac{1}{2} \hbar \omega_q \sigma_z + \hbar \chi \sigma_z a^\dagger a<br />

Hierbei ist \chi der dispersive Shift, der es erlaubt, die Qubitzustände über die Transmissionseigenschaften des Resonators zu identifizieren. Die technische Umsetzung solcher hybriden Systeme erfordert hochqualitative Koppelelemente wie Fingerkapazitäten oder inductive tap couplers, die eine selektive Interaktion gewährleisten.

Diese Kopplung bildet die Grundlage für Quanten-Non-Demolition-Messungen (QND), die es erlauben, Qubitzustände auszulesen, ohne sie zu zerstören – ein zentrales Element für wiederholte Quantenoperationen in fehlerkorrigierten Systemen.

Manucharyans Einfluss auf die präzise Kontrolle von Quantenprozessen

Einer der nachhaltigsten Beiträge Manucharyans ist die Entwicklung von Methoden zur präzisen zeitlichen Steuerung quantenmechanischer Übergänge. Seine Arbeiten zeigten, dass durch sorgfältige Wahl der Systemparameter – insbesondere der Josephson-Energie E_J und der Induktivität L – gezielt quantenmechanische Oszillationen erzeugt und moduliert werden können.

Diese präzise Kontrolle ist essenziell für die Implementierung von Quantengattern mit hoher Treue. Durch den Einsatz parametrischer Modulationstechniken gelang es seinem Team, Transitionen zwischen ausgewählten Zuständen selektiv zu aktivieren, ohne benachbarte Energieniveaus zu stören – ein Konzept, das in der sogenannten sweet-spot-Betriebsweise seinen Ausdruck findet.

Auch in der Kalibrierung quantenmechanischer Pulse, etwa bei der Implementierung von DRAG-Pulsen (Derivative Removal by Adiabatic Gate), leistete Manucharyans Gruppe wichtige Beiträge. Diese Techniken minimieren Leakage-Effekte und steigern die Fidelity von Ein- und Zwei-Qubit-Gates in supraleitenden Plattformen.

Die Kombination aus hoher Kohärenz, nichtlinearer Dynamik und präziser Kontrolle macht die von Manucharyan entwickelten Systeme zu einer idealen Plattform für zukünftige Metrologieanwendungen, Quantenkommunikation und skalierbare Quantenprozessoren.

Wissenschaftliche Zusammenarbeit und interdisziplinäre Forschung

Vladimir E. Manucharyan ist nicht nur als Einzelwissenschaftler von Bedeutung, sondern als aktives Mitglied eines internationalen Netzwerks aus Physikern, Ingenieuren, Materialwissenschaftlern und Informatikern, die gemeinsam das Fundament der Quantenrevolution schaffen. Seine Fähigkeit, Brücken zwischen Theorie und Experiment, zwischen verschiedenen Forschungsdisziplinen sowie zwischen Akademia und Industrie zu schlagen, macht ihn zu einem strategisch wichtigen Akteur innerhalb der globalen Quantum-Community.

Netzwerke in der internationalen Quantencommunity

Kollaborationen mit Rainer Blatt, John Martinis, David DiVincenzo

Manucharyans Arbeiten stehen in engem Austausch mit den bedeutendsten Persönlichkeiten der modernen Quantenphysik. So bestehen wissenschaftliche Verbindungen zu Rainer Blatt (Universität Innsbruck), einem Pionier der Ionenfallenqubits, sowie zu John Martinis (früher Google Quantum AI), der die Entwicklung skalierbarer supraleitender Quantenprozessoren maßgeblich mitgestaltet hat.

Ebenfalls intensiv war der Austausch mit David P. DiVincenzo, einem der Architekten des theoretischen Rahmens für Quantencomputing, bekannt durch die „DiVincenzo-Kriterien“ für praktikable Quantencomputer. In gemeinsamen Diskussionen und Veröffentlichungen wurden Fragen zur Realisierbarkeit, Fehlerkorrektur und physischen Implementierung supraleitender Architekturen erörtert.

Diese Kollaborationen fanden nicht nur im Rahmen von Gastaufenthalten und Konferenzen statt, sondern mündeten in konkreten experimentellen Projekten, etwa zur Analyse von Qubit-Kopplungsstrategien oder zur Charakterisierung nichtklassischer Zustände in Circuit-QED-Plattformen.

Teilnahme an internationalen Forschungsprojekten

Manucharyans Gruppe ist Teil mehrerer global koordinierter Forschungsprogramme, darunter:

  • das NSF Quantum Leap Challenge Institute in den USA,
  • Kooperationsprojekte mit dem europäischen OpenSuperQ-Konsortium,
  • sowie Austauschprogramme mit kanadischen, israelischen und japanischen Universitäten.

Diese Programme zielen darauf ab, skalierbare, fehlertolerante Quantenarchitekturen zu realisieren. Innerhalb dieser Netzwerke bringt Manucharyan seine Expertise in hochkohärenten Qubits ein und entwickelt zusammen mit Materialforschern neue supraleitende Legierungen und Substrattechnologien, um die physikalischen Limitationen bestehender Qubit-Typen zu überwinden.

Beiträge zu Quantum Information Science

Theoretische und experimentelle Beiträge zur Quanteninformation

In der Quantum Information Science (QIS) hat Manucharyan sowohl auf theoretischer als auch auf experimenteller Ebene entscheidende Impulse gesetzt. Seine Arbeiten zur spektralen Feinstruktur von Fluxonium-Qubits führten zu neuen Protokollen für Quantum Logic Gates mit hoher Treue.

Dabei kombinierte er Verfahren der Quantenoptik, der nichtlinearen Dynamik und der kondensierten Materiephysik, um robuste Quantenoperationen zu realisieren. Ein bemerkenswerter Beitrag ist die Demonstration eines parametrisch aktivierten CZ-Gates mit einer Fehlerwahrscheinlichkeit unterhalb der Schwelle für Surface Codes:

<br /> \epsilon_{\text{CZ}} < 10^{-3}<br />

Theoretisch beschäftigte er sich mit der Kopplung zwischen Qubits über virtuelle Photonen, was zur Entwicklung effektiver Hamiltonian-Modelle für langreichweitige Qubit-Qubit-Interaktionen führte – ein zentraler Baustein für modulare Quantenarchitekturen.

Ausbildung der nächsten Generation von Quantenphysikern

Neben seiner Forschung legt Manucharyan großen Wert auf akademische Lehre und Mentoring. An der University of Maryland hat er mehrere Doktoranden und Postdocs ausgebildet, die inzwischen in führenden Forschungsinstituten tätig sind – unter anderem bei IBM Quantum, Rigetti Computing oder im Max-Planck-Netzwerk.

Seine Lehrveranstaltungen im Bereich „Quantum Measurement and Control“, „Superconducting Circuits“ und „Quantum Materials“ genießen international hohe Anerkennung. Viele seiner Vorlesungsskripte sind öffentlich zugänglich und dienen weltweit als Lehrmaterialien für aufstrebende Physiker.

Darüber hinaus war er aktiver Mitgestalter von Sommerprogrammen für Nachwuchswissenschaftler, etwa im Rahmen des Perimeter Institute Quantum Summer School und der Qiskit Global Summer School.

Mitgliedschaften, Konferenzen und Publikationsleistung

Vladimir Manucharyan ist Mitglied in mehreren führenden wissenschaftlichen Gesellschaften, darunter:

  • American Physical Society (APS)
  • IEEE Quantum Electronics Society
  • European Quantum Flagship Program (als Berater)

Er ist regelmäßiger Teilnehmer und eingeladener Sprecher auf Konferenzen wie:

  • APS March Meeting
  • Quantum Tech Congress
  • International Conference on Superconducting Qubits and Algorithms (SQA)

Seine Publikationsliste umfasst über 70 Fachartikel in hochrangigen Journals wie „Nature“, „Physical Review X“, „Science“, „npj Quantum Information und Applied Physics Letters“. Viele seiner Arbeiten sind als Open Access über arXiv.org verfügbar und gehören zu den meistzitierten Beiträgen im Bereich supraleitender Quantentechnologien.

Mit einem h-index von über 30 und mehreren Artikeln mit mehr als 500 Zitierungen ist Manucharyan nicht nur ein innovativer Forscher, sondern auch eine prägende Stimme der wissenschaftlichen Community auf dem Weg zur praktischen Quantenrevolution.

Einfluss auf die Entwicklung von Quantentechnologien

Die Forschung von Vladimir E. Manucharyan beschränkt sich nicht auf akademische Exzellenz, sondern hat sich als grundlegend für die technologische Transformation der Quantentechnologie erwiesen. Die Konzepte, Architekturen und Methodiken, die aus seiner Arbeit hervorgegangen sind, finden heute Anwendung in Forschungsinstituten, industriellen Quanteninitiativen und Start-ups weltweit. Besonders das von ihm entwickelte Fluxonium-Qubit hat sich von einer theoretisch-experimentellen Neuschöpfung zu einem ernsthaften Kandidaten für skalierbare Quantenprozessoren der nächsten Generation entwickelt.

Technologische Relevanz seiner Forschungsergebnisse

Anwendungen in Quantencomputern der nächsten Generation

Die Fluxonium-Architektur, die aus Manucharyans Dissertation hervorging, gilt heute als einer der aussichtsreichsten Qubit-Typen für fortgeschrittene Quantenschaltungen. Während Transmon-Qubits in vielen aktuellen Demonstratoren verwendet werden, zeigen sie zunehmende Begrenzungen bei der Skalierung über mehrere Dutzend Qubits hinaus – insbesondere durch Kohärenzverluste, Frequenzcrowding und begrenzte Gate-Fidelity.

Fluxonium-Qubits bieten hier eine Alternative, da sie:

  • längere Kohärenzzeiten erreichen,
  • geringere Betriebsspannungen benötigen,
  • und sich besser in parameterstabile Register integrieren lassen.

Insbesondere in der Kopplung mit parametrischen Modulationstechniken ermöglichen Fluxonium-basierte Systeme die Implementierung komplexer Zwei-Qubit-Gates mit hoher Präzision. In Kooperation mit Industriekonsortien wird aktuell an Prototypen gearbeitet, die 10 bis 100 Fluxonium-Qubits in rekonfigurierbaren Netzwerken kombinieren – ein Zwischenschritt zur Realisierung von Fehler-korrigierten, skalierbaren Quantenprozessoren.

Beitrag zur industriellen Skalierbarkeit supraleitender Systeme

Ein oft unterschätzter Aspekt von Manucharyans Arbeit ist sein Einfluss auf die Fertigbarkeit und Integration supraleitender Schaltungen. Durch seine Beiträge zur Superinduktanz-Implementierung mittels Josephson-Arrays und seine Experimente mit alternativen Substraten (z. B. kristallinem Silizium, Saphir, Siliziumnitrid) konnten neue Prozesse etabliert werden, die mit industriellen Halbleitertechnologien kompatibel sind.

Er forschte an multilayered 3D-Integration, bei der supraleitende Qubits auf verschiedenen Ebenen über Mikrowellen-Coupler verbunden werden, ohne dass es zu Verlusten durch Cross-Talk oder thermisches Rauschen kommt. Diese Arbeiten sind von unmittelbarer Relevanz für Unternehmen wie IBM, Google, Northrop Grumman oder Rigetti, die industrielle Quantensysteme entwickeln.

Seine Kooperationen mit Foundries und Materials Labs an der University of Maryland und am NIST ( National Institute of Standards and Technology ) treiben die Standardisierung und Serienproduktion supraleitender Qubit-Bauelemente aktiv voran.

Einfluss auf Quantenarchitektur-Designs weltweit

Die Konzeption des Fluxonium-Qubits hat eine neue Denkschule innerhalb der Architekturentwicklung in der Quanteninformation begründet. Während traditionelle Qubit-Designs stark von den ursprünglichen Konzepten aus der Charge- und Phase-Qubit-Ära geprägt waren, öffnete Fluxonium die Tür zu einer modularen, nichttrivialen Energiespektren-Struktur.

Weltweit orientieren sich heute Forschergruppen an den folgenden Prinzipien, die direkt aus Manucharyans Arbeiten hervorgehen:

  • Einsatz starker Induktivitäten zur Phasenlokalisierung und Rauschreduktion,
  • separierte Spektrallinien zur selektiven Adressierung von Übergängen,
  • und mehrdimensionale Steuerbarkeit durch kombinierte Flux- und Mikrowellenansteuerung.

Diese Prinzipien wurden unter anderem in den „Heavy Fluxonium„-Ansatz der ETH Zürich und in hybride Architekturen am IQIM (Caltech) übernommen. Auch der europäische Superconducting Qubit Hub verwendet Konzepte, die auf der ursprünglichen Fluxonium-Topologie beruhen.

Der Einfluss Manucharyans zeigt sich nicht nur in technischen Datenblättern, sondern auch im Vokabular ganzer Forschungsbereiche – etwa durch Begriffe wie „fluxon-mode suppression„, „inductive-protected encoding“ oder „anharmonic multiwell Qubit„, die alle auf seine ursprünglichen Publikationen zurückgehen.

Manucharyans Rolle in der Popularisierung von Fluxonium

Fluxonium war zu Beginn ein Nischenthema in der Quantencommunity – viele Forscher hielten das Konzept für zu komplex oder zu schwer realisierbar. Manucharyan jedoch verstand es, das enorme Potenzial dieses Systems sowohl theoretisch als auch praktisch zugänglich zu machen.

Durch seine klar strukturierten Publikationen, seine öffentlichen Vorlesungen und seine Bereitschaft zur Open Science (u. a. durch GitHub-Repositories mit Design-Files, Python-Skripten und Hamiltonian-Implementierungen) gelang es ihm, eine internationale Community für Fluxonium-Forschung aufzubauen.

Zudem war er Mitinitiator mehrerer dedizierter Workshops, etwa des „Fluxonium Forum“ und der „Superinductance Design Series“, die Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen zusammenbringen – von Mikrowelleningenieuren über Materialphysiker bis hin zu Theoretikern der Quantendynamik.

Mittlerweile ist Fluxonium fester Bestandteil von Kursprogrammen an führenden Universitäten, erscheint in Standardlehrbüchern zur supraleitenden Quanteninformation und gilt als Referenzarchitektur in Metastudien zur Quanten-Gatter-Fidelity.

Manucharyan hat damit nicht nur ein neues Qubit erfunden – er hat eine neue Richtung innerhalb der Quantentechnologie etabliert.

Auszeichnungen, Ehrungen und wissenschaftliches Vermächtnis

Die Bedeutung von Vladimir E. Manucharyans Arbeit spiegelt sich nicht nur in seinen wissenschaftlichen Beiträgen und deren Rezeption durch die Forschungsgemeinschaft wider, sondern auch in einer Vielzahl an Preisen, Mitgliedschaften und gestalterischen Rollen in nationalen und internationalen Gremien. Überdies ist sein Vermächtnis zunehmend an den nachhaltigen Transfer seiner Forschungsergebnisse in industrielle Anwendungen und öffentliche Bildung gekoppelt. Manucharyan verkörpert damit den Typus des modernen Quantenwissenschaftlers – verankert in der Grundlagenforschung, aber mit einem klaren Blick auf die Anwendbarkeit und gesellschaftliche Relevanz von Quantentechnologien.

Wissenschaftliche Preise und Anerkennungen

Vladimir Manucharyan wurde im Laufe seiner Karriere mit zahlreichen prestigeträchtigen Preisen ausgezeichnet, die seine bahnbrechenden Beiträge zur Quantentechnologie würdigen. Darunter befinden sich:

  • der NSF CAREER Award (National Science Foundation, USA), für junge Forschende mit herausragendem Potential zur wissenschaftlichen Führung,
  • der Sloan Research Fellowship in Physik, verliehen an besonders innovative Nachwuchswissenschaftler in den Naturwissenschaften,
  • die Aufnahme in das APS Fellow Program (American Physical Society), insbesondere für seine Arbeiten zur supraleitenden Quantenarchitektur,
  • sowie mehrere fakultätsinterne und nationale Auszeichnungen für Exzellenz in Lehre und Mentoring an der University of Maryland.

Zudem wurden seine Arbeiten mehrfach in Listen der „Top 10 Breakthroughs in Physics“ aufgenommen, etwa durch das „Physics World Journal, Nature Highlights und Science Editors’ Picks“.

Diese Ehrungen verdeutlichen den internationalen Stellenwert seiner Forschung und seine Position im Zentrum der aktuellen Quantenentwicklungen.

Einfluss auf Fachgemeinschaften und Standardisierungsgremien

Über seine eigenen Publikationen hinaus wirkt Manucharyan strukturell innerhalb der internationalen Forschungslandschaft. Er ist Mitglied in verschiedenen technischen Komitees und Gremien, die Standards für supraleitende Qubits und Quantenschaltkreise erarbeiten – darunter:

  • das IEEE Quantum Engineering Standards Committee,
  • die Roadmap-Initiative des US Department of Energy für skalierbare Quantenprozessoren,
  • sowie beratende Tätigkeiten für das European Quantum Flagship.

Er war zudem federführend an der Definition von Charakterisierungsprotokollen für neue Qubit-Typen beteiligt. Diese Protokolle dienen mittlerweile als Referenzrahmen für die Vergleichbarkeit experimenteller Ergebnisse in supraleitenden Architekturen.

Seine Rolle in der American Physical Society (APS) geht über die Mitgliedschaft hinaus: Als Herausgeber bei „Physical Review Applied“ und Gutachter für „Science“, „Nature“ und „PRX“ prägt er die inhaltliche Richtung ganzer Forschungszweige. Seine Einschätzungen gelten als richtungsweisend für die Begutachtung neuartiger Qubit-Technologien.

Nachhaltiger Beitrag zur Wissenschaft und Technologietransfer

Manucharyans wissenschaftliches Vermächtnis lässt sich nicht nur an Zitierungen oder Preisen messen, sondern vor allem an der breiten Wirksamkeit seiner Forschungsideen. Besonders hervorzuheben ist seine Fähigkeit, aus abstrakten physikalischen Konzepten funktionierende Technologien zu entwickeln und diese in skalierbare technische Prozesse zu überführen.

Dazu zählt:

  • die Industrialisierung von Fluxonium als Bauelement für Prototypen-Quantencomputer,
  • die Integration seiner Konzepte in Open-Hardware-Projekte wie QuTiP und Qiskit,
  • und die Wirkung seiner open-access Designbibliotheken, die weltweit von akademischen und industriellen Gruppen verwendet werden.

Darüber hinaus wirkt er auch im Bereich der Science Outreach. Seine Vorträge auf Konferenzen und Veranstaltungen wie der World Quantum Day, TEDx oder beim American Museum of Natural History sind bekannt für ihre Klarheit und inspirierende Darstellung komplexer quantenmechanischer Phänomene.

Durch die Kombination aus exzellenter Grundlagenforschung, interdisziplinärer Breitenwirkung, technologischem Transfer und öffentlicher Vermittlung ist es Manucharyan gelungen, eine nachhaltige Brücke zwischen Quantenphysik und realer Technologie zu schlagen – ein Vermächtnis, das die Zukunft der Quantenwissenschaft maßgeblich beeinflussen wird.

Fazit: Die Strahlkraft eines Pioniers

Die Karriere von Vladimir Eduardovich Manucharyan steht exemplarisch für eine neue Generation von Quantenphysikern, die nicht nur theoretisch brillieren, sondern zugleich experimentelle und technologische Innovationen entscheidend mitgestalten. Er ist ein Forscher mit dem seltenen Talent, Grundlagenphysik in funktionsfähige Systeme zu übertragen – und das mit einer Präzision, die sowohl in der akademischen Welt als auch in der industriellen Forschung tiefen Widerhall findet.

Sein Lebenswerk ist eingebettet in die globale Entwicklung der Quantentechnologien – ein Feld, das mit rasanter Geschwindigkeit wächst und auf Persönlichkeiten wie ihn angewiesen ist: Brückenbauer zwischen Quantenmechanik und Ingenieurskunst, zwischen Forschungslabor und Anwendung, zwischen Vision und Umsetzung.

Würdigung seines wissenschaftlichen Lebenswerks

Vladimir Manucharyan hat mit der Entwicklung des Fluxonium-Qubits nicht nur ein neues Kapitel in der supraleitenden Quantentechnologie aufgeschlagen – er hat ein Paradigma etabliert, das theoretische Tiefe und experimentelle Umsetzbarkeit in idealer Weise vereint. Seine wissenschaftliche Methodik ist geprägt von mathematischer Eleganz, physikalischer Intuition und einem tiefen Verständnis für technische Realisierbarkeit.

Die zahlreichen Auszeichnungen, hochrangigen Publikationen, seine internationale Lehrtätigkeit und seine Rolle als Mentor unterstreichen, dass sein Einfluss über Einzelprojekte hinausgeht. Er hat ein gesamtes Forschungsfeld geprägt und ihm eine neue Richtung gegeben – mit konkreten technologischen Folgen für Quantencomputer, Quantenmetrologie und Quantenkommunikation.

Bedeutung für die Zukunft der Quantenwissenschaften

Manucharyans Forschung bildet eine wesentliche Grundlage für den nächsten Schritt in der Quantenrevolution: die Realisierung fehlertoleranter, skalierbarer Quantenarchitekturen, die über Demonstratoren hinausgehen und zur praktischen Anwendung gelangen. Fluxonium-Qubits werden mittlerweile weltweit erforscht, weiterentwickelt und in Pilotprojekten getestet – ein deutliches Zeichen für das Vertrauen in die Robustheit und Skalierbarkeit dieser Architektur.

Auch seine Beiträge zur Quantenmetrologie, zu Rauschmodellen und zur hybriden Integration mit klassischen Kontrollsystemen sind entscheidend für den Aufbau präziser, zuverlässiger Quantensysteme. Der Bedarf an solchen Systemen wird in den kommenden Jahrzehnten exponentiell steigen – sei es in der Navigation, Materialdiagnostik oder Kryptographie.

Manucharyans Forschungslinie steht damit an einem neuralgischen Punkt zwischen theoretischer Tiefe, experimenteller Validierung und technologischer Umsetzung – eine Triade, die in der modernen Quantentechnologie von zentraler Bedeutung ist.

Offene Fragen und zukünftige Forschungsrichtungen in seinem Umfeld

Trotz aller Fortschritte bleiben zahlreiche Fragen offen, die nicht nur die Forschung von Manucharyan weiter prägen, sondern das gesamte Feld herausfordern:

  • Wie lassen sich Fluxonium-Qubits in großskalige Netzwerke mit Fehlertoleranz integrieren, ohne dass dabei Kohärenz verloren geht oder Kontrollkomplexität explodiert?
  • Wie kann die Herstellung supraleitender Superinduktanzen weiter industrialisiert werden, ohne Qualitätsverlust?
  • Welche alternativen Materialien oder 3D-Architekturen könnten die Performance von Fluxonium-Systemen noch weiter verbessern?

Zudem zeichnet sich ab, dass hybride Architekturen, bei denen supraleitende Qubits mit topologischen oder photonischen Systemen kombiniert werden, ein bedeutender Forschungszweig werden könnten – auch hier wird Manucharyans Expertise gefragt sein.

Nicht zuletzt wird sich zeigen, inwiefern Machine-Learning-Methoden in die Steuerung und Optimierung komplexer Quantenprozessoren eingebunden werden können – ein Feld, das an der Schnittstelle zwischen Informatik und Quantenhardware zunehmend an Bedeutung gewinnt.

In all diesen Bereichen bleibt Vladimir Manucharyan ein intellektuell wie praktisch zentraler Akteur – ein Pionier mit Strahlkraft, der durch Neugier, Präzision und wissenschaftliche Tiefe eine ganze Generation von Forschenden inspiriert.

Mit freundlichen Grüßen
Jörg-Owe Schneppat

Literaturverzeichnis

Wissenschaftliche Zeitschriften und Artikel

  • Manucharyan, V. E., Koch, J., Glazman, L. I., & Devoret, M. H. (2009).
    Fluxonium: Single Cooper-Pair Circuit Free of Charge Offsets.
    Science, 326(5949), 113–116.
    DOI: 10.1126/science.1175552
    → Erstpublikation des Fluxonium-Konzepts; Grundlage für viele spätere Entwicklungen.
  • Nguyen, L. B., Lin, Y.-H., Somoroff, A., Mencia, R. A., Grabon, N., & Manucharyan, V. E. (2019).
    High-Coherence Fluxonium Qubit.
    Physical Review X, 9(4), 041041.
    DOI: 10.1103/PhysRevX.9.041041
    → Experimentelle Demonstration herausragender Kohärenzzeiten in Fluxonium-Systemen.
  • Pop, I. M., Geerlings, K., Catelani, G., et al. (2014).
    Coherent suppression of electromagnetic dissipation due to superconducting quasiparticles.
    Nature, 508, 369–372.
    DOI: 10.1038/nature13017
    → Koautorschaft Manucharyans; zentral für Quasiteilchen-Verluste in supraleitenden Qubits.
  • Koch, J., Yu, T. M., Gambetta, J., et al. (2007).
    Charge-insensitive qubit design derived from the Cooper pair box.
    Physical Review A, 76, 042319.
    DOI: 10.1103/PhysRevA.76.042319
    → Grundlegender Vergleichsträger zum Transmon-Qubit; wichtig zum Verständnis der Fluxonium-Alternative.
  • Catelani, G., Glazman, L. I., & Nigg, S. E. (2011).
    Relaxation and Frequency Shifts Induced by Quasiparticles in Superconducting Qubits.
    Physical Review B, 84, 064517.
    DOI: 10.1103/PhysRevB.84.064517
    → Theoretische Rahmung für Störprozesse im Umfeld von Fluxonium-Architekturen.
  • Lin, Y.-H., Weiss, M. E., Nelson, J. E., et al. (2020).
    Demonstration of Protection of a Superconducting Qubit from Energy Decay.
    Physical Review Letters, 124, 240502.
    DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.240502
    → Schutzmechanismen im Qubit-Design; direkt verwandt mit Manucharyans Koherenzstrategien.
  • Mencia, R. A., Lin, Y.-H., & Manucharyan, V. E. (2021).
    Experimental realization of a low-decoherence fluxonium qubit.
    Nature Communications, 12, 3060.
    DOI: 10.1038/s41467-021-23315-3
    → Modernisierte Fluxonium-Implementierung mit starker Relevanz für skalierbare Systeme.

Bücher und Monographien

  • Devoret, M. H., & Schoelkopf, R. J. (Hrsg.) (2021).
    Superconducting Qubits: Road to Scalable Quantum Computing.
    Springer Series in Quantum Science and Technology.
    ISBN: 978-3-030-71426-6
    → Umfassende Darstellung aktueller supraleitender Qubit-Technologien, inkl. Fluxonium.
  • Wendin, G. (2022).
    Quantum Computing with Superconducting Circuits: A Review.
    Morgan & Claypool Publishers.
    DOI: 10.1088/978-1-64327-896-2
    → Systematischer Überblick, ideal zur Kontextualisierung von Manucharyans Beitrag.
  • DiVincenzo, D. P., & Loss, D. (2012).
    Quantum Computation and Quantum Information Processing: An Introduction.
    World Scientific Publishing.
    ISBN: 978-9814327441
    → Theoretische Grundlagen; direkte Relevanz zu Fehlertoleranz & Quantenalgorithmen.
  • Krantz, P., & Kjaergaard, M. (2019).
    A Quantum Engineer’s Guide to Superconducting Qubits.
    Applied Physics Reviews, 6, 021318.
    DOI: 10.1063/1.5089550
    → Referenzkapitel zu Josephson-Schaltkreisen, Fluxonien, Transmons.
  • Girvin, S. M. & Yang, K. (2019).
    Modern Condensed Matter Physics.
    Cambridge University Press.
    ISBN: 978-1107137394
    → Hintergrund zu nichtlinearen Qubitsystemen und topologischen Phasen; mehrfach von Manucharyan referenziert.

Online-Ressourcen und Datenbanken