Towards generating radio frequency signals with optically controlled Josephson arbitrary waveform synthesizer
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering |
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
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
51
Series
Abstract
Josephson arbitrary waveform synthesizer (JAWS) is a device that can produce quantised arbitrary voltage waveforms. This thesis presents a design process for a radio frequency (RF) filter that allows the extraction of accurate RF voltage signals from a JAWS controlled by optical pulses converted into current pulses for the purpose of controlling qubits optically. To enable operation and characterisation of the device in a dilution refrigerator, a measurement platform with suitable capabilities is designed. Additionally, another measurement platform used for dipstick measurements in a liquid helium Dewar was designed. Finally, physical characterisation is conducted for the JAWS fabricated at VTT as well as for the designed filter, demonstrating the capability of RF signal production. In addition, some near future experiments and their requirements are described. Frequency domain simulations of the designed filter show a relatively flat passband at qubit frequencies with a sharp cutoff at about 9 GHz. Time domain simulations of the device show that the pulses propagating to the Josephson junction array (JJA) are not distorted despite the presence of the filter. The measurement platform designed for the device was physically manufactured and assembled. Moreover, the platform was fitted in the still plate of the dilution refrigerator where the device will be characterised and operated. The I-V measurements of JAWS showed that the Josephson junction arrays (JJA) were operating as they should. Additionally, a device with good impedance matching was found by inspecting the JJA resistance. This device was further characterised with double pulse Shapiro step measurements, demonstrating that the operation of the device at pulse frequencies above 50 GHz is possible. Overall, the work presented in this thesis shows advancement towards the goal of RF signal production with JAWS.Josephsonin liitoksiin perustuva mielivaltaisen aaltomuodon syntetisaattori (Josephson arbitrary waveform synthesizer, JAWS) on laite, jolla voidaan tuottaa kvantisoituja jänniteaaltomuotoja. Tässä diplomityössä suunnitellaan radiotaajuinen suodatin, joka mahdollistaa tarkkojen radiotaajuisten jännitesignaalien tuottamisen JAWSilla. Työssä käsiteltyjä JAWS-laitteita ohjataan virtapulsseiksi muunnetuilla optisilla pulsseilla. Suodattimen ohella suunnitellaan mittausalusta, joka mahdollistaa laitteen käyttämisen sekä karakterisoinnin laimennusjäähdyttimessä. Lisäksi suunnitellaan toinen mittausalusta, jota käytetään näytteiden mittaamiseen nesteheliumastiaan upotettavalla dippitikulla. Lopuksi työssä karakterisoidaan VTT:llä valmistettua JAWS-laittetta erilaisin mittauksin, sekä käydään läpi lähitulevaisuudessa toteutettavia kokeita ja niiden vaatimuksia. Mittaukset antavat näyttöä siitä, että laite on kykenevä radiotaajuisen signaalin tuottamiseen. Työssä kehitetyn suodattimen taajuustason simulaatiotulokset näyttävät, että suodattimen päästökaista on suhteellisen tasainen kubittitaajuuksilla sekä jyrkästi leikkaava noin 9 GHz:n yläpuolella. Aikatason simulaatiot puolestaan osoittavat, että suodatin säilyttää Josephsonin liitosketjulle etenevien pulssien muodon. Fyysinen versio laitteelle suunnitellusta mittausalustasta valmistettiin ja koottiin. Lisäksi alustaa sovitettiin laimennusjäähdyttimeen, jossa laitetta on tarkoitus käyttää. Näytteistä mitatut virtajännitekäyrät osoittivat, että Josephsonin liitosketjut toimivat toivotulla tavalla. Lisäksi mittaustuloksien avulla pystyttiin löytämään näyte, jossa liitossarja on impedanssisovitettu. Kyseistä näytettä käytettiin tuplapulssisyöttöä hyödyntävissä Shapiron porras -mittauksissa osoittaen, että JAWS-laitetta voidaan ajaa yli 50 GHz:n pulssitaajuuksilla. Kokonaisuudessaan tässä diplomityössä esitetty sisältö edistää tavoitetta tuottaa radiotaajuisia signaaleja JAWSilla.Description
Supervisor
Paraoanu, Gheorghe-SorinThesis advisor
Kemppinen, AnttiMykkänen, Emma