ºÚÁÏÍø

Väitöskirjan nimi: State-of-the-Art Core Operations in Superconducting Quantum Processors

³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Fabian Marxer
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä: apulaisprofessori Morten Kjaergaard, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Tanska
Kustos: professori Mikko Möttönen, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu 

Kvanttivirheenkorjaus asettaa taustalla olevalle laitteistolle tiukat vaatimukset: kvanttiprosessorin ydintoimintojen, kuten yhden kubitin porttien, kahden kubitin lomittavien porttien, luennan ja nollauksen, on saavutettava erittäin pienet virhetodennäköisyydet samalla kun niiden on pysyttävä vakaina ja skaalautuvina. Tässä väitöskirjassa tutkitaan, kuinka lähelle näitä rajoja transmon-kvanttibitteihin perustuvat suprajohtavat piirit voidaan viedä, ja miten laitteen arkkitehtuuria ja ohjausvalintoja voidaan suunnitella yhdessä siten, että vikasietoisen kvanttilaskennan vaatima resurssiylimäärä pienenee.

Keskeinen painopiste on korkean fideliteetin ohjaus säädettävien kytkinten arkkitehtuureilla, jotka mahdollistavat nopeat kontrolloidut Z-portit säilyttäen samalla hyvän yhden kubitin suorituskyvyn. Työssä kehitetään ja karakterisoidaan kytkimeen perustuvia suunnitelmia, mukaan lukien pitkän etäisyyden kytkentä, joka helpottaa asettelun (layout) rajoitteita, ja osoitetaan, että kytkentöjen optimointi voi tukea sekä yhden että kahden kubitin porttien korkeaa suorituskykyä samalla sirulla. Lisäksi työ esittelee kalibrointi- ja benchmarkkausmenetelmiä, jotka parantavat diabattisen kontrolloidun Z-portin virityksen tarkkuutta. Näihin kuuluu protokolla, joka tekee pienistä yli- ja alirotaatioista helpommin havaittavia ja korjattavia, ja nämä edistysaskeleet yhdistetään nykyaikaisiin pulssinmuotoilumenetelmiin sekä korkean fideliteetin mittaustekniikoihin.

Porttien ja luennan lisäksi väitöskirjassa tarkastellaan myös muita skaalautuvien suprajohtavien järjestelmien perusrakennuspalikoita. Työssä tutkitaan nopeaa, ehdotonta kvanttibitin nollausta suunnitellun dissipaation avulla ja demonstroidaan etätilansiirto sekä lomittuminen kahden laimennusjääkaapin välillä kryogeenisen mikroaaltolinkin kautta, mikä viittaa modulaarisiin ja hajautettuihin arkkitehtuureihin. Yhdessä nämä tulokset osoittavat, että huolellinen yhteissuunnittelu asettelun, kytkentätopologian, pulssinmuotoilun, kalibroinnin, luennan ja nollauksen välillä voi tuoda yhtenäisen laitteisto- ja ohjauspinon lähemmäs laajamittaisen kvanttilaskennan vaatimuksia.

Avainsanat: Suprajohtavat kvanttipiirit, Transmon-kvanttibitit, Säädettävät kytkimet, Kahden kubitin portit (CZ), Korkean fideliteetin kvanttiohjaus

Yhteystiedot:  

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): .