Effektiv temperatur hos transmonkvantbitar - En jämförelse av mätmetoder och kryostatuppställningar - Andersson, Julius; Radhi, Ghadir; Sahlstedt Zachrisson, Axel; Weeks, William (My University, 2025)
Detta kandidatarbete syftar till att bidra till forskningen om den effektiva temperaturen, Teff, hos transmon-kvantbitar och dess koppling till kryostatkonfigurationer. Vi har jämfört och utsett den bästa av tre mätmetoder för bestämning av den effektiva temperaturen hos transmon-kvantbitar genom litteraturstudier och experimentell implementering i en kryostatuppställning i lågtemperaturgränsen. Vidare har vi implementerat den utsedda mätmetoden i fyra olika kryostatuppställningar för att dra slutsatser om vilka specifika kryostatkomponenter som orsakar en högre effektiv temperatur hos transmon-kvantbitar. Genom litteraturstudier identifierades tre mätmetoder; single-shot-metoden, Rabipopulationsmetoden och korrelationsmetoden. För vidare jämförelse implementerades dessa metoder i en kryostatuppställning. Utifrån resultaten utsågs single-shot-metoden som den bästa metoden på basis av följande jämförelsekriterier; den effektiva temperaturen, Teff, och dess osäkerhet, δTeff, R2-måttet för alla gjorda kurvanpassningar, samt metodspecifika prestandaparametrar. Nackdelen med både Rabi-populationsmetoden och korrelationsmetoden var brusiga mätningar som gav upphov till opålitliga resultat medan fördelen med single-shot-metoden var att den trots osäkerhet gav pålitliga resultat. Single-shot-metoden tillämpades i fyra olika kryostatuppställningar med samma temperatur. Resultaten påvisade att potentiella fördelar var avsaknaden av en kvantbegränsad förstärkare och en dämpning på 80 dB på ingångsledningen medan potentiella nackdelar var otillräcklig filtrering i kryostaternas lägsta kammare, för låg dämpning på ingångsledningen (60 dB), förekomsten av en kvantbegränsad förstärkare och avsaknaden av en isolator i kryostaternas näst lägsta kammare. I framtida arbeten föreslår vi att man implementerar Rabi-populationsmetoden och korrelationsmetoden med fler iterationer för att undersöka om det undertrycker bruset i mätningarna. Vi rekommenderar även att mätmetoderna implementeras i flera olika kryostatuppställningar för att göra en mer omfattande jämförelse. För en mer systematisk och pålitlig kryostatkomponentjämförelse anser vi att mätningar borde göras i en kryostat där enskilda komponenter byts ut.
Keywords: Transmon-kvantbit, effektiv temperatur, termisk population, single-shotmetoden, Rabi-populationsmetoden, korrelationsmetoden, kryostat, dämpare, filter, förstärkare