Modeling a 3D cavity for a (unimon) qubit
No Thumbnail Available
Files
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
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.
Author
Date
2024-04-24
Department
Major/Subject
teknillinen fysiikka
Mcode
SCI3028
Degree programme
Teknistieteellinen kandidaattiohjelma
Language
en
Pages
29
Series
Abstract
Quantum computing is a field of study with potential for groundbreaking applications from breaking encryption algorithms to optimizing certain computationally intensive medical research, but current quantum computers are not powerful enough for practical applications. While more powerful quantum computers are currently being developed, a key limitation that needs to be overcome is the low gate fidelity of qubits leading to near zero likelihood of successful large computations even if a quantum computer large enough to run a practical algorithm was constructed. Currently, superconducting qubits such as the transmon have shown great results across the board. However, even the greatest feats managed in singular experiments still fall below the level required to build a reliable advantaged quantum computer. In addition, the speed at which qubits can operate is limited by the low anharmonicity inherent in its design. In order to improve the performance of superconducting qubits and mitigate their current shortcomings, alternate types of designs are being attempted. One of them is the unimon. Even first samples of the unimon showed a much higher anharmonicity than transmons have shown, but due to limited coherence times, the fidelity of those samples was lower. In this thesis, we formed an alternate structure for the unimon which was topologically identical, but should reduce the dielectric losses which restricted the coherence times of the original unimon design. We formed a three-dimensional simulation of the model in COMSOL Multiphysics® and verified that we were able to read the state of the qubit from the cavity. There is still need to design a method to flux bias the cavity as well as form a method for verifying the quality factor of the cavity to optimise the shape of the cavity further, but a finished version of this model could form an improved high fidelity unimon design.Kvanttilaskenta on tutkimusala, joka tarjoaa mahdollisuuksia mullistaviin käytännön sovelluksiin lukuisilla nykytieteen aloilla. Kuitenkaan nykyiset kvanttitietokoneet eivät ole riittävän tehokkaita näihin käytännön sovelluksiin. Tehokkaampia kvanttitietokoneita kehitetään parhaillaan, mutta kaikkia tämänhetkisiä kvanttitietokoneita rajoittaa niitä muodostavien kubittien operaatioiden liian korkea virhealttius, mikä johtaa siihen, että suurten laskutoimitusten onnistumisen todennäköisyys on lähes olematon. Tällä hetkellä suprajohtavat qubitit, kuten transmoni, ovat osoittautuneet luotettavimmiksi yksittäisten kubittien operaatioissa sekä osana suurempia kvanttiprosessoreita, mutta tämänhetkiset suprajohtavat kubitit eivät ole saavuttaneet käytännön sovelluksiin tarvittavaa toimintatarkkuuden tasoa edes yksittäisissä kokeissa. Lisäksi monen kubittityyppin, kuten transmonin, toimintanopeutta rajoittaa niille ominainen alhainen epälineaarisuus. Suprajohtavien kubittien suorituskyvyn parantamiseksi ja niiden nykyisten puutteiden lieventämiseksi yritetään kehittää vaihtoehtoisia kubittityyppejä. Yksi niistä on unimon. Jo ensimmäiset unimon-näytteet osoittivat paljon suurempaa epälineaarisuutta kuin mitkään transmon-kubitit ovat osoittaneet, mutta näytteiden matalien koherenssiaikojen vuoksi unimon-näytteet olivat tämänhetkisiä transmoneja virhealttiimpia. Tässä työssä muodostimme unimonille vaihtoehtoisen rakenteen, joka oli topologisesti identtinen mutta jonka pitäisi vähentää häviöitä, jotka rajoittivat alkuperäisen unimonirakenteen toimintatarkkuutta. Simuloin kolmiulotteista mallia COMSOL Multiphysics® -ohjelmalla ja varmistimme, että pystyimme lukemaan kubitin tilan onkalosta. On vielä suunniteltava menetelmä, jolla muuten eristettyyn onkaloon voidaan tuoda ohjattu magneettivuo, ja kehitettävä menetelmä onkalon hyvyysluvun selvittämiseksi jatkokehitystä varten. Kuitenkin nykyinen malli toimii pohjana mahdolliselle parannetulle unimon-kubitille.Description
Supervisor
Möttönen, MikkoThesis advisor
Kundu, SumanKeywords
qubit, unimon, 3D cavity, COMSOL
