Quantum computing with itinerant microwave photons
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2013
Department
Major/Subject
Fysiikka (laskennallinen fysiikka)
Mcode
Tfy-1
Degree programme
Language
en
Pages
[6] + 69 s.
Series
Abstract
Microwave photons in superconducting circuits is a promising approach for quantum computing due to long coherence times and the easy controllability of superconducting devices. However, as the search of the ultimate design of a quantum computer is still ongoing, various suggestions for the realization of a quantum bit, qubit, exist even in the area of superconducting circuits. In this thesis, we study theoretically quantum computing using itinerant microwave photons as qubits. Basic tools for treating the reflection of wave packets and the noise generated by resistive elements in a circuit are derived starting from a widely used model for superconducting transmission lines. We also present simple quantum devices that can act as quantum gates for microwave qubits, including a novel suggestion for a tunable phase shifter. A tunable phase shifter is a useful component in the study of microwave photons in general as well as in quantum computing. The tunable phase shifter consists of three superconducting quantum interference devices (SQUIDs) that can be treated as tunable inductors in the low-power regime. The results of this thesis can be used both in applications related to quantum computing and in the general study of quantum mechanics in circuits. In particular, we conclude that there exist feasible system parameters, for which it should be possible to demonstrate the tunable phase shifter utilizing available experimental techniques. We also show the principle how the possible nonlinearity of the phase shifter can be used in a two-qubit gate providing interactions between microwave photons.Mikroaaltofotonien käyttö suprajohtavissa piireissä on pitkien koherenssiaikojen ja suprajohtavien laitteiden hallittavuuden ansiosta lupaava lähestymistapa kvanttilaskennalle. Kvanttitietokoneen lopullinen rakenne ei ole vielä tiedossa, ja myös suprajohtavissa piireissä on esitetty useita vaihtoehtoja kvanttibitin, kubitin, toteuttamiseksi. Tässä työssä tutkimme teoreettisesti kiertävien mikroaaltofotonien käyttöä kvanttilaskennassa. Johdamme yleisestä suprajohtavan siirtolinjan mallista lähtien perustyökaluja aaltopakettien heijastumisen ja resistiivisistä komponenteista aiheutuvan kohinan käsittelyyn. Esittelemme myös yksinkertaisia kvanttilaitteita, joita voidaan käyttää kvanttiportteina mikroaaltokubiteille. Yksi laitteista on uudenlainen säädettävä vaiheensiirrin, jota voidaan käyttää kvanttilaskennan lisäksi myös yleisesti mikroaaltofotonien tutkimiseen. Säädettävä vaiheensiirrin koostuu kolmesta suprajohtavasta kvantti-interferenssilaitteesta (SQUIDistä), joita voidaan matalilla tehoilla käsitellä säädettävinä induktoreina. Työn tuloksia voidaan käyttää sekä kvanttilaskentaan liittyvissä sovelluksissa että yleisesti kvanttimekaniikan tutkimiseen virtapiireissä. Näytämme työssä, että on olemassa kokeellisesti toteutettavissa olevat parametrit, joilla säädettävän vaiheensiirtimen toiminta voidaan osoittaa tällä hetkellä käytettävissä olevilla kokeellisilla tekniikoilla. Näytämme myös, miten vaiheensiirtimen mahdollista epälineaarisuutta voidaan käyttää kaksikubittiportissa, joka mahdollistaisi mikroaaltofotonien välisen vuorovaikutuksen.Description
Supervisor
Nieminen, RistoThesis advisor
Möttönen, MikkoKeywords
kvanttilaskenta, mikroaaltofotoni, suprajohtava virtapiiri, säädettävä vaiheensiirrin, SQUID, quantum computing, microwave photon, superconducting circuit, tunable phase shifter, SQUID