Landau-Zener driven 02-transition in a transmon circuit
Loading...
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
2022-12-13
Department
Major/Subject
Advanced Energy Technologies
Mcode
SCI3106
Degree programme
Master’s Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
51+3
Series
Abstract
In recent decades, a lot of effort has been seen to realize and control a large-scale quantum computer. Among the most promising architectures for such a system is that of superconducting circuits. However, a significant challenge with these qubits is the drifts in system parameters. Therefore, controlling thousands or more qubits - which are needed to perform practical applications - becomes increasingly difficult and various control schemes and workarounds are needed to vanquish such obstacles. One approach to cope with the complexity of the system size is to increase the information held per quantum system by introducing an additional state and thereby reduce the number of qubits. Therefore, in this work, we explore a robust population transfer, from the ground to the second excited state, on the first three levels of a superconducting transmon. For a transmon, such a transition cannot occur by single photon absorption. However, because of a second-order process, two-photon transitions from the ground state to the second excited state are possible for a drive at the 02-transition frequency. In existing protocols that drive this population transfer, such as the Raman process and (sa)STIRAP, a common problem is the sensitivity to offsets in frequency and amplitude of the drive pulses. Therefore, in search of a method that realizes such a transfer and is robust to some offsets we took inspiration from \cite{Mppr} and approached the problem through a Landau-Zener process. The Landau-Zener process in this work was a result of modulating the frequency of a one-tone drive around the 02-transition frequency that interchanged the first and third energy levels while avoiding the intermediate level. With this method, the three-level quantum system (approximately) follows the first eigenstate of the Hamiltonian adiabatically to the second excited state. This method showed considerable robustness to both offsets in frequency and amplitude and was eventually tested experimentally on a superconducting transmon. The results showed great agreement with the theory and demonstrates a method that is robust and simple enough to be realized on the majority of control hardware.Under de senaste decennierna har mycket möda lagts ner på att realisera samt styra en storskalig kvantdator. Bland de mest lovande arkitekturerna för att realisera ett sådant system är supraledande kretsar. En betydande utmaning med dessa kvantbitar är dock skenande i systemparametrar. Därför blir det allt svårare att kontrollera tusentals eller ytterligare kvantbitar - vilket är nödvändigt för att utföra praktiska tillämpningar - och därmed behövs olika kontrollscheman och lösningar för att övervinna sådana hinder. Ett tillvägagångssätt för att hantera svårigheterna relaterat till systemstorleken är att öka informationen per kvantsystem genom att införa ett ytterligare tillstånd och därigenom minska antalet kvantbitar. Därför utforskar vi i detta arbete en robust övergång, från grundtillståndet till det andra exciterade tillståndet, genom att arbeta med de tre första nivåerna av en supraledande transmon. För en transmon kan en sådan övergång inte ske genom en enkel fotonabsorption. Men på grund av en andra ordningens process är tvåfotonövergångar från grundtillståndet till det andra exciterade tillståndet möjliga för en drivpuls vid 02-övergångsfrekvensen. I befintliga protokoll som driver denna övergång, såsom Raman-processen och (sa)STIRAP, är känsligheten för förskjutningar i frekvens och amplitud hos drivpulserna ett gemensamt problem. Därför, i sökandet efter en metod som realiserar en sådan övergång och som är robust mot vissa avvikelser, tog vi inspiration från \cite{Mppr} och närmade oss problemet genom en Landau-Zener-process. Landau-Zener-processen i detta arbete uppstod genom en frekvensmodulerad drivpuls runt 02-övergångsfrekvensen vilket därmed ledde till ett utbyte av den första och tredje energinivån samtidigt som den mellanliggande nivån undveks. Genom denna metod följer det trenivåiga kvantsystemet (ungefär) det första egentillståndet av dess Hamiltonian adiabatiskt till det andra exciterade tillståndet. Denna metod visade avsevärd robusthet mot både avvikelser i frekvens och amplitud och testades slutligen experimentellt på en supraledande transmon. Resultaten visade stor överensstämmelse med teorin och demonstrerar därmed en metod som är robust och tillräckligt enkel för att realiseras genom majoriteten av dagens styrhårdvara.Description
Supervisor
Paraoanu, Gheorghe-SorinThesis advisor
Kuzmanovic, MarkoKeywords
superconducting, qutrit, Landau-Zener, protocol, 02-transition, transmon