Abstrakti
Suprajohtavat kvanttipiirit tarjoavat yhden lupaavimmista lähestymistavoista tehokkaan kvanttitietokoneen toteuttamiseen, jolla saattaa tulevaisuudessa olla sovelluksia muun muassa kvanttikemian ja kryptografian aloilla. Kvanttietokoneen hyötyjen saavuttaminen edellyttää kuitenkin riittävän suurta määrää toisiinsa kytkettyjä kvanttibittejä eli kubitteja sekä kykyä suorittaa tarkkoja alkeisoperaatioita kubiteilla. Näihin alkeisoperaatioihin lukeutuvat muun muassa yhden ja kahden kubitin logiikkaportit sekä kubittien alustaminen tunnettuun tilaan. Nykyisissä transmon-kubitteihin perustuvissa suprajohtavissa kvanttietokoneissa alkeisoperaatiot ovat vielä liian virhealttiita hyödyllisen mittakaavan laskutoimitusten suorittamiseen riittävällä tarkkuudella. Alkeisoperaatioiden virheitä aiheuttavat muun muassa ympäristön kohinasta aiheutuva dekoherenssi sekä vuotovirheet laskenta-avaruuden ulkopuolisiin tiloihin.
Tässä väitöskirjassa kehitetään uusia menetelmiä aiempaa tarkempien ja nopeampien alkeisoperaatioiden mahdollistamiseksi suprajohtavissa kvanttietokoneissa neljän eri lähestymistavan kautta. Ensiksi väitöskirjassa tutkitaan teoreettisesti ja kokeellisesti uutta suprajohtavaa unimon-kubittia, joka koostuu maadoitetusta gradiometrisesta värähtelijästä ja siihen sijoitetusta Josephsonin liitoksesta. Unimon-kubitissa yhdistyy monta hyödyllistä ominaisuutta, joita tarkkojen alkeisoperaatioiden toteuttaminen edellyttää, kuten suuri epälinearisuus transmon-kubittiin verrattuna sekä suoja haitallista matalantaajuuden varauskohinaa vastaan. Näiden ominaisuuksien ansiosta saavutimme lupaavan 99.9%:n tarkkuuden yhden kubitin logiikkaporteille jo ensimmäisillä valmistetuilla unimon-kubiteilla. Väitöskirjan toisessa osassa kehitetään uusia analyyttisiä menetelmiä vuotovirheiden vähentämiseksi nopeissa yhden kubitin porteissa. Kokeelliset mittauksemme transmon-kubitilla osoittavat, että uudet menetelmät alentavat vuotovirheiden todennäköisyyttä jopa 95%:lla verrattuna aiempiin johtaviin menetelmiin. Väitöskirjan kolmannessa osassa tutkitaan uudenlaista ratkaisua kubittien välisen muokattavan kytkennän toteuttamiseksi, joka kokeidemme perusteella mahdollistaa tarkat kahden kubitin CZ-logiikkaportit samalla tarjoten riittävästi tilaa kubittien nopeaan mittaukseen käytetyille rakenteille. Väitöskirjan viimeisessä osassa tarkastellaan kvanttipiirijäähdyttimen sovelluksia muun muassa suprajohtavien piirien alustamisessa ja vahvistinketjujen mittaamisessa.
Väitöskirjassa kehitetyillä menetelmillä on potentiaalia parantaa alkeisoperaatioiden tarkkuutta ja suoritustaajuutta suuren kokoluokan suprajohtavissa kvanttietokoneissa. Osa työssä kehitetyistä menetelmistä, kuten analyyttiset pulssimuodot vuotovirheiden vähentämiseen, voivat olla hyödyllisiä suprajohtavien kubittien lisäksi myös muilla kubittialustoilla.
| Julkaisun otsikon käännös | Tarkkojen alkeisoperaatioiden implementointi suprajohtavissa kvanttitietokoneissa |
|---|---|
| Alkuperäiskieli | Englanti |
| Pätevyys | Tohtorintutkinto |
| Myöntävä instituutio |
|
| Ohjaaja |
|
| Kustantaja | |
| Painoksen ISBN | 978-952-64-2109-4 |
| Sähköinen ISBN | 978-952-64-2110-0 |
| Tila | Julkaistu - 2024 |
| OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- suprajohtava kvanttipiiri
- suprajohtava kubitti
- kvanttioperaatio
- yhden kubitin logiikkaportti
- kahden kubitin logiikkaportti
- vuotovirhe
- kvanttipiirijäähdytin
Sormenjälki
Sukella tutkimusaiheisiin 'Tarkkojen alkeisoperaatioiden implementointi suprajohtavissa kvanttitietokoneissa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.Laitteet
Siteeraa tätä
- APA
- Author
- BIBTEX
- Harvard
- Standard
- RIS
- Vancouver