Adiabatic control in circuit quantum electrodynamics

Tutkimustuotos

Tutkijat

Organisaatiot

Kuvaus

Piirikvanttisähködynamiikassa suprajohteissa esiintyvien Cooperin parien koherenttiuden avulla luodaan makroskooppisia sähköpiirejä, joiden energiatilat ovat kvantittuneet. Näitä piirejä voidaan kytkeä toisiinsa ja käyttää kvanttitietokoneen rakennuspalikoina. Piirien kvanttitilan tarkka ja luotettava hallinta on edellytys kvanttitietokoneen toiminalle sekä kvantti-informaation käsittelyssä tarvittavien monimutkaisten algoritmien toteuttamiselle. Tässä väitöskirjassa tutkitaan kvanttipiirien adiabaattista hallintaa keskittyen kolmitasosysteemeihin. Adiabaattisessa hallinnassa systeemin ominaistiloja muokataan muuttamalla hitaasti ulkoisia ohjausparametreja. Mikäli muutokset parametreissä ovat tarpeeksi hitaita, systeemin tila seuraa sen adiabaattisia ominaistiloja, joiden kehittyminen tuottaa tavoitellun lopputilan. Adiabaattisen hallinnan etuja ovat luontainen kestävyys ohjaussignaalien pieniä virheitä ja häiriöitä vastaan. Lopullinen kvanttitila riippuukin lähinnä ohjaussignaalien asymptoottisista arvoista niiden tilan kehityksen aikaisten tarkkojen arvojen sijaan.Adiabaattiset prosessit ovat yleensä hitaita, mutta tilan kehitykseen on olemassa myös nopeampia oikopolkuja. Adiabaattinen oikopolku luodaan lisäämällä systeemiin tarkkaan muotoiltu ohjaussignaali, joka kumoaa tilan nopeasta kehityksestä johtuvat virheet. Oikopolku poistaa rajoitukset tilan kehitysnopeudelle, mutta lopputilan herkkyys ohjaussignaalien virheille kasvaa samassa suhteessa. Mikäli ohjaussignaalien häiriötaso on tiedossa, adiabaattista oikopolkua käyttäen voidaan löytää ihanteellinen tasapaino hallinnan nopeuden ja virheenkestävyyden välillä. Piirikvanttisähködynamiikka tarjoaa erinomaisen kokeellisen ympäristön kvanttitilojen hallinnan tutkimiseen, sillä mikroaaltoelektroniikkaa käyttäen voidaan luoda monimutkaisia ohjaussignaaleja. Ohjaussignaalit voidaan tuottaa digitaalisesti kaupallisesti saatavilla olevilla digitaali-analogimuuntimilla, mikä mahdollistaa tarkkojen ja keskenään koherenttien ohjaussignaalien luomisen. Tässä väitöskirjassa esitetään sekä teoreettisia että kokeellisia tuloksia suprajohtavien transmon-piirien tilan hallinnasta. Työssä osoitetaan, että stimuloitua adiabaattista Raman-ohitusta voidaan käyttää perustilalla olevan kolmitasopiirin virittämiseen toiselle viritystilalleen ja että tämän onnistumista voidaan parantaa käyttäen adiabaattista oikopolkua. Työssä myös esitellään menetelmä nopeiden adiabaattisten kiertoporttien toteuttamiseksi. Lopuksi näytetään kuinka suprajohtavaa kaksitasosysteemiä voidaan käyttää äärimmäisen herkkänä magneettikentän ilmaisimena.

Yksityiskohdat

Julkaisun otsikon käännösAdiabaattinen hallinta piirikvanttisähködynamiikassa
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-7975-2
Sähköinen ISBN978-952-60-7976-9
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • adiabaattinen hallinta, superadiabaattinen hallinta, piirikvanttisähködynamiikka, kvanttimetrologia

ID: 30202578