Väitös teknillisen fysiikan alalta, M.Sc. Timm Mörstedt

Väitöskirjan nimi: Fast Qubit Control with a Quantum-Circuit Refrigerator

Tohtoriopiskelija: Timm Mörstedt
Vastaväittäjä: professori Christopher Eichler, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Saksa
Kustos: professori Mikko Möttönen, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Suprajohtavat sähköpiirit ovat osoittautuneet tehokkaiksi rakennusosiksi matkalla kohti käyttökelpoista kvanttitietokonetta. Näiden piirien nopea ja tarkka hallinta on kuitenkin edelleen yksi tärkeimmistä haasteista. Erityisesti suprajohtavien kubittien nopea alustaminen on kasvava vaatimus tänä kubittien jatkuvasti kasvavan eliniän aikakautena.

Tutkimme erilaisia kubittien hallinnan keinoja häviöiden kontrolloinnin yhteydessä. Käytämme kvanttipiirijäähdytintä (QCR, quantum-circuit refrigerator), joka on piirissä oleva mikrojäähdytin, joka perustuu yhteen tai kahteen normaalimetalli-isolaattori-suprajohde-liitokseen, luodaksemme viritettävän ympäristön suprajohtaville piireille. Esittelemme ja vertailemme tämän laitteen kahta erilaista toteutusta, transmon-kubittiin suoraan kytkettyä kaksoisliitoksen omaavaa QCR:ää ja suprajohtavan resonaattorin kautta kubittiin kytkettyä yhden liitoksen QCR:ää.

Kubittien nollaamisen lisäksi tutkimme QCR:n muita ominaisuuksia, kuten poikkeuksellisten pisteiden jäähdyttämistä ja luomista suprajohtavissa resonaattoreissa sekä eri termisten tilojen luomista suprajohtavissa kubiteissa. Keskiarvoistamattomien mittausten avulla saamme käsityksen kubitin kvanttitilasta ja sen dynamiikasta vastauksena erilaisiin ohjaussignaaleihin. Yhdistämällä näiden kokeiden tulokset keskustelemme kvanttilämpökoneen mahdollisesta toteuttamisesta käyttämällä QCR:ää kaksisuuntaisesti viritettävänä ympäristönä, mikä laajentaa sovellusaluetta kohti avoimien kvanttisysteemien perustutkimusta.

Nämä tulokset valaisevat kvanttikytkentöjen jäähdytyksen monipuolista maailmaa ja esittelevät uusia oivalluksia, kokeita ja sovelluksia. Piirikvanttielektrodynamiikan ja kvanttitermodynamiikan risteyskohdassa QCR lupaa lisää mahdollisuuksia edetä ja lisätä ymmärrystä suprajohtavien kvanttijärjestelmien käyttäytymisestä ja hallinnasta.

Avainsanat: suprajohtavat piirit, kubitti, kvanttitermodynamiika

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/ 

Yhteystiedot:

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52 

Zoom pikaopas: https://www.aalto.fi/fi/palvelut/zoom-pikaopas