Defect Spectroscopy of Quantum Bits with Spin-Locking Pulse Sequences
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
2023-10-10
Department
Major/Subject
Materials Physics and Quantum Technology
Mcode
SCI3107
Degree programme
Master’s Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
60+3
Series
Abstract
Quantum computers show promise for considerable speedup of computation, which is due to their ability to represent information as coherent quantum superpositions of bit states. A prominent platform for implementing quantum computers is based on superconducting quantum bits. However, the performance of superconducting quantum bits is limited by decoherence. A major source of decoherence in superconducting quantum bits is believed to be two-level systems present as different kinds of material defects. Two-level system defects can be studied using spectroscopic methods, in which they are tuned into resonance with the transitions of quantum bits. The aim of this thesis was to implement a recently demonstrated spectroscopy method based on spin-locking pulse sequences. Our target was to utilize the method for detecting two-level system defects in a transmon quantum bit. Using the method, the transition between the ground and first excited states of the transmon could be shifted into resonance with two-level system defects by the AC Stark-effect. The two-level systems could then be resolved from the spectral responses of these resonances. We found several different kinds of spectral features attributable to two-level systems. We were able to resolve spectral dynamics of two-level systems on time scales ranging from minutes to hours. We also found connections between the presence of two-level system defects and the parameter fluctuations of our transmon quantum bit. The results indicate that the method is applicable to our transmon quantum bits. In the long run, our aim is to utilize the spectroscopy method for characterizing the quality of quantum bits and optimizing fabrication.Kvanttitietokoneet osoittavat lupausta laskentojen huomattavalle nopeutukselle johtuen niiden kyvystä esittää informaatiota bittitilojen koherentteina kvanttisuperpositioina. Suprajohtavat kvanttibitit ovat tärkeä alusta kvanttitietokoneiden toteuttamiselle. Suprajohtavien kubittien suorituskykyä kuitenkin rajoittaa dekoherenssi. Erään merkittävän dekoherenssin lähteen uskotaan olevan kaksitasosysteemit, jotka esiintyvät materiaalidefekteinä kvanttibiteissä. Kaksitasosysteemejä voi tutkia spektroskopisilla menetelmillä, joissa ne säädetään kvanttibittien siirtymien kanssa resonanssiin. Tämän diplomityön tavoitteena oli implementoida äskettäin demonstroitu spektroskopiamenetelmä, joka perustuu spin-lukinta pulssisekvensseihin. Tavoitteenamme oli hyödyntää menetelmää kaksitasosysteemien havaitsemiseen transmon-tyyppisessä kvanttibitissä. Menetelmää käyttämällä kvanttibitin perustilan ja ensimmäisen viritystilan välinen siirtymä voitiin siirtää kaksitasosysteemien kanssa resonanssiin AC Stark-ilmiöllä. Kaksitasosysteemit voitiin erottaa resonanssien spektrisistä vasteista. Havaitsimme monen kaltaisia spektraalisia merkkejä, jotka olivat liitettävissä kaksitasosyteemeihin. Pystyimme erottamaan havaittujen defektien spektristä dynamiikkaa aikaskaaloilla minuuteista tunteihin. Lisäksi havaitsimme yhteyksiä kaksitilasysteemien esiintymien ja kvanttibittimme parametrifluktuaatioiden välillä. Tulokset indikoivat, että menetelmä soveltuu käytettäväksi transmon-tyyppisten kvanttibittiemme kanssa. Pitkällä tähtäimellä tavoitteenamme on hyödyntää spetroskopiamenetelmää kvanttibittien laadun karakterisoimiseen ja fabrikaation optimointiin.Description
Supervisor
Sillanpää, MikaThesis advisor
Mannila, ElsaKeywords
qubit, transmon, two-level system, spectroscopy, microwave pulse, pulse sequence