Bolometric techniques for circuit quantum electrodynamics

Julkaisun otsikon käännös: Bolometric techniques for circuit quantum electrodynamics

Roope Kokkoniemi

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Suprajohtava kvanttibitti, eli qubitti, on lupaava alusta suuren mittakaavan kvanttitietokoneen toteuttamiselle. Qubittien ohjaamiseen ja lukemiseen tarvittavan elektroniikan ja instrumenttien lukumäärä kasvaa käsi kädessä yhdelle piisirulle ladottujen toimivien qubittien lukumäärän kanssa. Tämän vuoksi kvanttitietokoneiden rakentamisessa tulee eteen väistämättä tilanne, jossa kaikki ohjauslinjat eivät mahdu kryostaattiin. Tästä syystä suuri määrä kansainvälisen tutkimuksen resursseja on keskitetty perinteisten huoneen lämmössä toimivien komponenttien siirtämiseksi mataliin lämpötiloihin. Keskeinen rakennuspala näiden komponenttien toteuttamisessa suprajohtavissa virtapiireissä on niin sanottu Josephsonin liitos. Tässä väitöskirjassa tutkitaan tarkemmin erästä Josephsonin liitoksen tyyppiä, suprajohde-normaalimetalli-suprajohde liitosta. Mittaamme tällaisen liitoksen admittanssin taajuuksilla, joita tyypillisesti käytetään suprajohtavissa piireissä. Työssä myös osoitetaan teoreettisesti ja kokeellisesti, että Josephsonin liitoksilla voidaan rakentaa magneettikentällä säädettävä vaihesiirrin, joka on yksi apukomponenteista suuren mittakaavan kvanttitietokoneessa. Tämän väitöskirjan pääaihe on bolometria. Se on yli vuosisata sitten keksitty tekniikka säteilyn ilmaisemiseen epäsuorasti mittaamalla lämpötilan muutosta. Korkeasta iästä huolimatta tekniikka on edelleen laajassa käytössä aina kuluttajaelektroniikasta hiukkasfysiikkaan ja astronomiaan. Huippuluokan bolometrien kohinaa vastaava teho (NEP) on 300 zW√Hz ja niillä voidaan havaita yksittäisiä 1.6 THz:n fotoneita, mikä vastaa 1.1 zJ:n energiaa. Suprajohtavat kvanttitietokoneet käyttävät mikroaaltotaajuuden fotoneita toiminnassaan. Tätä rajapyykkiä bolometrit eivät ole vielä saavuttaneet sillä näiden mikroaaltofotonien energia on kertaluokkia pienempi kuin infrapunafotonien. Tässä väitöskirjassa viedään bolometrien suorituskyky syvälle mikroaaltoalueelle. Kulta-palladium nanolankaan perustuvalla bolometrilla kohinaa vastaavan tehon ennätystä pienennetään lukemaan 50 zW/√Hz. Lisäämällä mittapiiriin Josephsonin parametrinen vahvistin, kohinaa vastaava teho pienenee edelleen lukemaan 20 zW/√Hz. Yhdessä matalan termisen aikavakion kanssa tuloksista voidaan laskea energiaresoluutioksi 0.32 zJ. Lisäksi väitöskirjassa tutkitaan grafeeniin perustuvaa bolometria. Grafeeni on lupaava vaihtoehto metallille sen kaksiulotteisen rakenteen vuoksi. Kohinaa vastaavan tehon mitataan olevan samaa luokkaa kulta-palladium bolometrin kanssa, mutta terminen aikavakio on kaksi kertaluokkaa lyhyempi. Tämä indikoi energiaresoluution olevan 20 yJ, mikä vastaa yhden 30 GHz:n fotonin energiaa.
Julkaisun otsikon käännösBolometric techniques for circuit quantum electrodynamics
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Möttönen, Mikko, Vastuuprofessori
  • Girard, Jean-Philippe, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-0170-6
Sähköinen ISBN978-952-64-0171-3
TilaJulkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • bolometria
  • kvanttilaskenta

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Bolometric techniques for circuit quantum electrodynamics'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä