三端超导电路中的光子热输运

量子热输运器件目前在理论上被深入研究。量子热输运器件的实验实现是一项具有挑战性的任务。迄今为止，它们主要在超冷原子和单原子阱的实验中得到研究。基于超导量子比特的实验也已开展，并在两端器件中研究了热输运与热整流。具有三个独立端的结构为实现热晶体管、热开关、片上脉泽乃至更复杂的器件提供了额外机遇。在此我们报道一种基于超导量子电路的三端光子热输运器件的实验实现。其中心元件是由含三个约瑟夫森结的超导环构成的磁通量子比特，该环连接至三个由电阻端接的谐振腔。通过加热其中一个电阻并监测另外两个的温度，我们确定了系统中的光子热流，并展示了其在1 aW量级上受磁场调控的特性。我们通过对一个标称相同的独立样品进行微波传输测量来确定系统参数，并由此证明量子比特的能级劈裂与其流经的热流之间存在明显关联。我们的实验是片上量子热输运器件发展的重要一步。一方面，此类器件因其可研究量子干涉与纠缠对热输运的影响而对基础科学极具意义；另一方面，它们对快速发展的量子计算领域也具有重大实用价值，其中量子比特所产生热量的管理是一大难题。