Quantum control and quantum measurement in solid state qubits
Quantum control and quantum measurement in solid state qubits
Date
2010
Authors
Chirolli, Luca
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Title in another language
Quantenmechanische Kontrolle und Messung von Quantenbits im Festkörper
Publication type
Dissertation
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Abstract
In den letzen zwei Jahrzehnten sind erhebliche theoretische und experimentelle Anstrengungen zur Erforschung und Entwicklung von mesoskopischen Bauteilen,
die Quantenkohärenz auf der Nanometerskala nutzen, unternommen worden.
Das Quantenrechnen stellt ein neues und vielversprechendes Gebiet der Wissenschaft und Technik dar und ist derzeit Gegenstand von umfassenden Untersuchungen. Ein fundamentales Hindernis bei der Realisierung eines Quantencomputers ist sicherlich Dekohärenz. Es ist die Interaktion mit der Außenwelt, die letztendlich die Effizienz eines quantenmechanischen Bauteils begrenzt. Um aber effektive Quantenalgorithmen implementieren zu können, ist es notwendig, dass die Bausteine mit der Umgebung kommunizieren. Es ist daher notwendig, volle Kontrolle über die ablaufenden Prozesse zu erlangen und die unerwünschten Wechselwirkungen auf ein Minimum zu reduzieren. Die Entwicklung von Kontroll- und Auslesealgorithmen befindet sich derzeit noch immer auf einer elementaren Ebene. Viele Aspekte der Kommunikation zwischen Quantensystemen untereinander sowie mit ihrer Umgebung bedürfen auch weiterhin grundlegender Untersuchungen.
In dieser Arbeit befassen wir uns im Wesentlichen mit zwei grundlegenden Themen: Dem Kontrollieren und Auslesen von Quantenbits. Wir wenden unser Hauptaugenmerk auf einen speziellen Typus supraleitender Zwei-Zustandssysteme (d.h. Qubits), dem sogenannten Flussqubit (flux qubit). Dieses ist prädestiniert als fundamentaler Baustein für die Realisierung von skalierbaren, auf supraleitender Technologie basierenden Quantencomputern.
die Quantenkohärenz auf der Nanometerskala nutzen, unternommen worden.
Das Quantenrechnen stellt ein neues und vielversprechendes Gebiet der Wissenschaft und Technik dar und ist derzeit Gegenstand von umfassenden Untersuchungen. Ein fundamentales Hindernis bei der Realisierung eines Quantencomputers ist sicherlich Dekohärenz. Es ist die Interaktion mit der Außenwelt, die letztendlich die Effizienz eines quantenmechanischen Bauteils begrenzt. Um aber effektive Quantenalgorithmen implementieren zu können, ist es notwendig, dass die Bausteine mit der Umgebung kommunizieren. Es ist daher notwendig, volle Kontrolle über die ablaufenden Prozesse zu erlangen und die unerwünschten Wechselwirkungen auf ein Minimum zu reduzieren. Die Entwicklung von Kontroll- und Auslesealgorithmen befindet sich derzeit noch immer auf einer elementaren Ebene. Viele Aspekte der Kommunikation zwischen Quantensystemen untereinander sowie mit ihrer Umgebung bedürfen auch weiterhin grundlegender Untersuchungen.
In dieser Arbeit befassen wir uns im Wesentlichen mit zwei grundlegenden Themen: Dem Kontrollieren und Auslesen von Quantenbits. Wir wenden unser Hauptaugenmerk auf einen speziellen Typus supraleitender Zwei-Zustandssysteme (d.h. Qubits), dem sogenannten Flussqubit (flux qubit). Dieses ist prädestiniert als fundamentaler Baustein für die Realisierung von skalierbaren, auf supraleitender Technologie basierenden Quantencomputern.
Summary in another language
In the past two decades significant theoretical and experimental efforts have been devoted to the study and development of mesoscopic devices, that exploit quantum coherence at the nanoscale. Quantum computing represents an emerging promising field of science and technology and is currently subject of extensive investigation. One of the fundamental issues, that still represents a major obstacle to the realization of a quantum computer, is certainly decoherence. The interaction of a quantum system with the external environment is what ultimately limits the efficiency of a quantum device.
On the other hand, in order to perform precise tasks and implement quantum algorithms, it is necessary to address the quantum devices from the lab. It is therefore desirable to achieve full control and to minimize the detrimental residual interaction. Control protocols and read out schemes are still performed on a basic level and many aspects of the communication between the quantum systems and the external environment need still to be investigated from a fundamental point of view.
In this thesis we address two fundamental topics: the control and the measurement of quantum bits. We mostly focus our attention on a particular type of superconducting two-level systems (qubits), the flux qubit, that may represent the fundamental building block of a scalable architecture for quantum computing based on superconducting solid state devices.
On the other hand, in order to perform precise tasks and implement quantum algorithms, it is necessary to address the quantum devices from the lab. It is therefore desirable to achieve full control and to minimize the detrimental residual interaction. Control protocols and read out schemes are still performed on a basic level and many aspects of the communication between the quantum systems and the external environment need still to be investigated from a fundamental point of view.
In this thesis we address two fundamental topics: the control and the measurement of quantum bits. We mostly focus our attention on a particular type of superconducting two-level systems (qubits), the flux qubit, that may represent the fundamental building block of a scalable architecture for quantum computing based on superconducting solid state devices.
Subject (DDC)
530 Physics
Keywords
Qubits,Quantenbits,quantum computation,quantum measurement,quantum transport,superconducting qubit,superconducting devices
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Cite This
ISO 690
CHIROLLI, Luca, 2010. Quantum control and quantum measurement in solid state qubits [Dissertation]. Konstanz: University of KonstanzBibTex
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Examination date of dissertation
January 12, 2010