Quantum state control with a superconducting qubit

Tutkimustuotos

Tutkijat

  • Karthikeyan Sampath Kumar

Organisaatiot

Kuvaus

Tämän vaitöskirjan aiheena on sähköpiirien kvanttielektrodynamiikka (QED, quantum electrodynamics), jota sovelletaan kokeellisesti perustavanlaatuisten kvanttioptiikan ilmiöiden tutkimiseen mikroaaltoalueella. Kvanttilaskennan realisoimisessa sähköpiirien QED:n etuna on sen skaalautuvuus ja yhteensopivuus puolijohdeteollisuuden käyttämien teknologioiden kanssa. QED-systeemi, johon tässä väitöskirjassa keskitytään, on suprahjohtava transmon-kubitti (säädettävä keinotekoinen atomi), joka on kytketty yksiulotteiseen aaltojohtovärähtelijään. Kubitti voidaan suunnitella siten, että sillä on erittäin suuri sähköinen dipolimomentti, mikä johtaa suureen kytkentään aaltojohdon ja kubitin välillä. Vastaavaa kytkentää on ollut vaikea saavuttaa optiseen onkaloon perustuvissa QED-systeemeissä. Tämän väitöskirjan tärkein sisältö on transmonilla saavutettavien kvanttitilojen ja niiden manipuloinnin tutkiminen. 1980-luvun alussa Richard Feynman esitti kvanttitietokoneiden olevan hyödyllisiä sekä laskennallisiin tarkoituksiin että vuorovaikuttavien monen kappaleen kvanttisysteemien mallintamiseen. Tämän inspiroimana väitöskirja alkaa tutkimalla uusia tapoja suunnitella kvanttilogiikkaporttien sarjoja. Yrittäessämme ymmärtää olennaisia rajoja kvanttialgoritmien nopeuttamiseksi, löysimme uuden tuloksen: kvanttiheijastumattomuusteoreeman. Tämän jälkeen esitämme kokeellisia tuloksia transmon-mittauksista. Esittelemme kubitin ja resonaattorin väliseen dispersiiviseen kytkentään liittyvää fysiikkaa ja tutkimme korkean tehon mikroaalloilla viritetyn värähtelijän ja kubitin läsnäolon aiheuttamia epälineaarisuuksia. Tässä väitöksessä myös otetaan ensiaskelia kohti monen kappaleen kvanttisimulaatioita kokeellisesti mallintamamalla ydinmagneettisessa resonanssissa (NMR, nuclear magnetic resonance) tapahtuvaa liikkeen keskiarvoistumista käyttäen QED-systeemiä. Vaihtamalla kubitin modulaatiota satunnaisaallosta kanttiaaltomuotoiseksi, havaitsemme Stückelberg interferenssin epäadiabaattisella rajalla, jossa Landau-Zener yhtälö ei enää toimi. Väitöskirjan viimeisessä osassa keskitytään kvanttitilan kontrollointiin liittyvien kokeellisten tulostemme esittelyyn aina Rabi-oskillaatioista stimuloituun adiabaattiseen Raman prosessiin.

Yksityiskohdat

Julkaisun otsikon käännösQuantum state control with a superconducting qubit
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-6477-2
Sähköinen ISBN978-952-60-6478-9
TilaJulkaistu - 2015
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

ID: 18374952