Digital measurement and control of microwave quantum circuits
Tid: On 2024-01-31 kl 09.00
Plats: FA32 Albanova, Roslagstullsbacken 21
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fysik, Material- och nanofysik
Respondent: Mats Tholén , Nanostrukturfysik
Opponent: Prof. Dr. Stefan Filipp, Walther-Meißner-Institut
Handledare: Professor Vladislav Korenivski, Nanostrukturfysik; David B. Haviland, Nanostrukturfysik
QC 2023-12-22
Abstract
Supraledande kretsar är väletablerade för kvantsensorer och en lovande nyplattform för kvantdatorer. Kretsarna är normalt designade för att använ-das vid mikrovågsfrekvenser där det termiska bruset vid 10 mK i en kryostatär litet jämfört med grundtillståndens energi. Att kontrollera kvanttillståndi sådana kretsar kräver vältajmade, faskoherenta mikrovågspulser. Dennaavhandling beskriver ett instrument baserat på synkroniserad direkt digi-tal syntes och sampling vid mikrovågsfrekvenser avsett att kontrollera ochmäta svar från supraledande kvantkretsar. Detta helt digitala tillvägagångs-sätt tillåter upp- och nedkonvertering till mikrovågsfrekvenser utan analogaIQ-mixers vilket minskar instrumentets komplexitet och möjliggör avance-rad signalbehandling i mjukvara. Avhandlingen beskriver också hur instru-mentet används till att utforska kvantegenskaperna hos olika supraledandekretsar.Vi karakteriserar och utvärderar prestanda på ett prov innehållande tvåkvantbitar av typen ’transmon’ sammankopplade med en parametrisk kopp-lare. ’Randomized benchmarking’ visar att noggrannheten på en-kvantbitgrindar är begränsade av kvantbitens koherenstid. Vi lyckas framgångsriktgenomföra en iSWAP-grind där styrning av den relativa fasen på mikrovågs-pulser är nödvändig. Med hjälp av en 3D-kavitet kopplad till en ’transmon’kvantbit skapar vi godtyckliga bosoniska tillstånd via sammanflätade se-kvenser av pulser som förskjuter kavitetsoscillationen och selective number-dependent arbitrary phase (SNAP) grindar. I kategorin mätningabasera-de kvantberäkningar utforskar vi generering av sammanflätade tillstånd iform av vågor som skapas genom att låta vakuumbrus reflekteras på enJosephson-parametrisk förstärkare. Sammanflätningen genereras och detek-teras via faskoherent pump- och detektion på flera frekvenser. Vi tillämparsamma metod för att studera sammanflätning mellan stående vågor i en icke-linjär akustisk ytvågresonator. Instrumentets multifrekvensfunktioner an-vänds också till att studera singelfotondetektion i fjärrinfrarött ljus via mul-tiplexad avläsning av kvantkapacitanssensorer. Instrumentets möjligheterdemonstreras vidare genom att implementera ett realtids-brusradarsystem,som visar att det är praktiskt användbart även utanför kvantforskning.