Hacia la implementación experimental de un protocolo de entrelazamiento en circuitos cuánticos superconductores

En este trabajo se dieron los primeros pasos hacia la implementación experimental de un protocolo para generar entrelazamiento entre dos qubits superconductores. El protocolo está basado en el empleo de interferometría de Landau-Zener-Stuckelberg (LZS) en un sistema de dos qubits acoplados mediante...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Curci, Ivana
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2022
Materias:
Circuitos cuánticos
[Fluxonium
Granular, aluminium
Aluminio granular
SONNET
Landau-Zener-Stückelberg
Microware resonators
Resonadores microondas
Entanglement
Entrelazamiento]
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1138/1/1Curci.pdf
Aporte de:
Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro
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description En este trabajo se dieron los primeros pasos hacia la implementación experimental de un protocolo para generar entrelazamiento entre dos qubits superconductores. El protocolo está basado en el empleo de interferometría de Landau-Zener-Stuckelberg (LZS) en un sistema de dos qubits acoplados mediante un resonador microondas. En función de este objetivo general, la tesis está dividida en dos partes: por un lado un trabajo de modelado y diseño, destinado a entender el protocolo y los parámetros más importantes. Por otro lado, una aspecto más experimental de diseño de resonadores microondas y de crecimientos de films superconductores para la fabricación de los circuitos. En la primera parte de la tesis, discutimos los conceptos necesarios para entender el protocolo de generación de entralazamiento y presentamos resultados de simulaciones de interferometría LZS en diferentes casos. Las simulaciones se realizaron con parámetros cercanos a los experimentales. En particular, adoptamos los parámetros típicos del fluxonium, un tipo de arquitectura de qubit de flujo basada en superinductores. En la segunda parte avanzamos en el diseño de resonadores microondas, esenciales para el acoplamiento de los qubits y para la lectura del estado del sistema. Realizamos simulaciones de resonadores constituidos por líneas de transmisión coplanares utilizando un software denominado SONNET. Obtuvimos los parámetros de diseño para fabricar resonadores λ/4 de frecuencia de resonancia variable en el rango de las microondas y de factor de calidad controlable. Ambas condiciones necesarias para el sistema de interés. Este es un primer resultado importante que se requiere para la fabricación. Respecto al crecimiento de películas delgadas de superconductores, fabricamos films de Al y de aluminio granular (AlGr) mediante sputtering. El AlGr se caracteriza por poseer una alta inductancia cinética, lo cual lo convierte en un candidato ideal para fabricar superinductores, con los que a su vez pueden implementarse fluxoniums. Fabrique muestras durante una pasantía en Francia en CEA-Saclay y habiendo aprendido el proceso lo implementamos en la Sala Limpia del Centro Atómico Bariloche. En la tesis mostramos los detalles del crecimiento de los films, presentamos una discusión de las propiedades de las muestras en función de los parámetros de control del proceso, como presión y concentración de oxígeno, y además presentamos un análisis preliminar de las estrategias para implementar circuitos mediante litografía y técnicas de microestructuración. Como un resultado importante de la tesis, logramos obtener muestras de aluminio granular con una temperatura crítica de transición superconductora superior a 2 K.
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spelling I25-R131-11382023-04-11T18:39:15Z Hacia la implementación experimental de un protocolo de entrelazamiento en circuitos cuánticos superconductores Towards the experimental implementation of an entanglement protocol in superconducting quantum circuits Curci, Ivana Circuitos cuánticos [Fluxonium Granular, aluminium Aluminio granular SONNET Landau-Zener-Stückelberg Microware resonators Resonadores microondas Entanglement Entrelazamiento] En este trabajo se dieron los primeros pasos hacia la implementación experimental de un protocolo para generar entrelazamiento entre dos qubits superconductores. El protocolo está basado en el empleo de interferometría de Landau-Zener-Stuckelberg (LZS) en un sistema de dos qubits acoplados mediante un resonador microondas. En función de este objetivo general, la tesis está dividida en dos partes: por un lado un trabajo de modelado y diseño, destinado a entender el protocolo y los parámetros más importantes. Por otro lado, una aspecto más experimental de diseño de resonadores microondas y de crecimientos de films superconductores para la fabricación de los circuitos. En la primera parte de la tesis, discutimos los conceptos necesarios para entender el protocolo de generación de entralazamiento y presentamos resultados de simulaciones de interferometría LZS en diferentes casos. Las simulaciones se realizaron con parámetros cercanos a los experimentales. En particular, adoptamos los parámetros típicos del fluxonium, un tipo de arquitectura de qubit de flujo basada en superinductores. En la segunda parte avanzamos en el diseño de resonadores microondas, esenciales para el acoplamiento de los qubits y para la lectura del estado del sistema. Realizamos simulaciones de resonadores constituidos por líneas de transmisión coplanares utilizando un software denominado SONNET. Obtuvimos los parámetros de diseño para fabricar resonadores λ/4 de frecuencia de resonancia variable en el rango de las microondas y de factor de calidad controlable. Ambas condiciones necesarias para el sistema de interés. Este es un primer resultado importante que se requiere para la fabricación. Respecto al crecimiento de películas delgadas de superconductores, fabricamos films de Al y de aluminio granular (AlGr) mediante sputtering. El AlGr se caracteriza por poseer una alta inductancia cinética, lo cual lo convierte en un candidato ideal para fabricar superinductores, con los que a su vez pueden implementarse fluxoniums. Fabrique muestras durante una pasantía en Francia en CEA-Saclay y habiendo aprendido el proceso lo implementamos en la Sala Limpia del Centro Atómico Bariloche. En la tesis mostramos los detalles del crecimiento de los films, presentamos una discusión de las propiedades de las muestras en función de los parámetros de control del proceso, como presión y concentración de oxígeno, y además presentamos un análisis preliminar de las estrategias para implementar circuitos mediante litografía y técnicas de microestructuración. Como un resultado importante de la tesis, logramos obtener muestras de aluminio granular con una temperatura crítica de transición superconductora superior a 2 K. In this work, the first steps were taken toward the experimental implementation of a protocol to generate entanglement between two superconducting qubits. The protocol is based on the use of Landau-Zener-Stuckelberg (LZS) interferometry in a system of two qubits coupled by a microwave resonator. Based on this general goal, the thesis is divided into two parts: on one hand, a modeling and design work aimed at understanding the protocol and the most significant parameters. On the other hand, an experimental aspect of microwave resonator design and superconducting film growth for circuit fabrication. In the first part of the thesis, we discuss the necessary concepts to understand the entanglement generation protocol and present the results of LZS interferometry simulations in different cases. The simulations were carried out with parameters close to the experimental ones. In particular, we adopt the typical parameters of fluxonium, a type of flux qubit architecture based on superinductors. In the second part, we advance in the design of microwave resonators, essential for the coupling of the qubits and for reading the state of the system. We perform simulations of resonators made up of coplanar transmission lines using software called SONNET. We obtained the design parameters to manufacture λ/4 resonators with a variable resonance frequency in the microwave range and with a controllable quality factor. Both conditions are necessary for the system of interest. This is an important first result required for the fabrication. Regarding the growth of superconducting thin films, we fabricate Al and granular aluminum (AlGr) films by sputtering. AlGr is characterized by having a high kinetic inductance, which makes it an ideal candidate for fabricating superinductors, with which in turn fluxoniums can be implemented. I made samples during an internship in France at CEA-Saclay and after learning the process I implemented it in the Clean Room of Centro At´omico Bariloche. In the thesis I show the details of the film growth, I present a discussion about the properties of the samples as a function of the process control parameters, such as pressure and oxygen concentration, and I also present a preliminary analysis of the strategies to implement circuits. using lithography and micro-structuring techniques. As an important result of the thesis, we managed to obtain granular aluminum samples with a critical superconducting transition temperature higher than 2 K. 2022-12-19 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1138/1/1Curci.pdf es Curci, Ivana (2022) Hacia la implementación experimental de un protocolo de entrelazamiento en circuitos cuánticos superconductores / Towards the experimental implementation of an entanglement protocol in superconducting quantum circuits. Maestría en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1138/

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