Building and operating a quantum node of a microwave network

Autor: Peronnin, Théau
Přispěvatelé: Laboratoire de Physique de l'ENS Lyon (Phys-ENS), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon, Université de Lyon, Benjamin Huard
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Quantum Physics [quant-ph]. Université de Lyon, 2020. English. ⟨NNT : 2020LYSEN025⟩
Popis: After years of academic development, the circuit quantum electrodynamics is entering the age of applications. This thesis was realized in this context of creating tools to bridge the gap between an astounding academic quantum system, superconducting circuits, and a grand goal, the universal quantum computer. A likely blueprint for quantum processors consists in the assembly of a large number of elementary modules arranged in a network.In this experimental thesis, a possible node for such a network, the quantum node, was developed and fabricated using state-of-the-art techniques for 2D superconducting microwave circuits. This node was first used to implement a novel sequential readout method for a superconducting qubit. This experiment, first proposed in 2013 by Sete et al., potentially allows for faster, more accurate read out of superconducting qubits. The read out of qubits is one of the several bottlenecks limiting the development of fault-tolerant superconducting quantum computers, which made this project both useful as a demonstration of the quantum node and for applications. This novel readout method achieves readout performances close to state-of-the-art of superconducting qubit readout even though the chip was not optimized for that purpose.During this work, we also contributed to two other experiments engineering quantum measurement and dissipation with superconducting circuits. First, a dedicated circuit was developed to demonstrate a new form of quantum measurement: the multiplexed photon number measurement. In that experiment led by A. Essig and Q. Ficheux, a superconducting transmon quantum bit is read out at multiple frequencies simultaneously to extract more than one bit of information about the number of photons contained in a microwave resonator coupled to that quantum bit.Second, we contributed to the experimental demonstration of the exponential suppression of bit-flips in a qubit encoded in a Schrödinger Cat state of a microwave mode. This experiment led by R. Lescanne and Z. Leghtas, demonstrates the improvement by a factor 300 of the lifetime of a qubit thanks to the autonomous error correction realized through the engineering of the dissipation of a microwave mode.; Après des années de développement académique, l’électrodynamique quantique en circuit entre dans l’ère des applications. Cette thèse a été réalisée dans une volonté de créer des outils pour faire le lien entre une curiosité académique quantique, les circuits supraconducteurs, et un objectif majeur, l’ordinateur quantique universel. Une architecture vraisemblable de processeur quantique consiste à connecter en réseau un grand nombre de modules élémentaires. Lors de cette thèse expérimentale, le noeud d’un tel réseau, le quantum node, a été développé et fabriqué grâce aux techniques de l’état de l’art des circuits imprimés quantiques microonde. Ce circuit a été utilisé pour réaliser pour la première fois une méthode de lecture séquentielle d’un qubit supraconducteur. Cette méthode, proposée en 2013 par Sete et al., permettrait une lecture plus rapide et plus précise des qubits supraconducteurs. La lecture des qubits est l’un des obstacles majeurs limitant le développement d’ordinateurs quantiques universels sans erreur, ce qui rend ce projet autant intéressant pour sa mise en oeuvre inédite du quantum node que pour ses applications. Cette nouvelle méthode de lecture atteint des performances proches de l’état de l’art alors même que le circuit n’était pas optimisé pour cette fin. Lors de cette thèse, nous avons aussi contribué à deux autres expériences d’optique quantique microonde, détaillées ici. Un circuit dédié a été développé pour démontrer une nouvelle forme de mesure quantique : la mesure multiplexée du nombre de photons. Dans cette expérience, menée par A. Essig et Q. Ficheux, un qubit supraconducteur est lu simultanément à plusieurs fréquences pour extraire plus d’un bit d’information à la fois à propos du nombre de photons contenus dans un résonateur microonde couplé à un qubit. Enfin, nous avons contribué à la démonstration expérimentale de la suppression exponentielle des bit-flips dans un qubit encodé dans un état de chat de Schrödinger d’un mode microonde. Cette expérience, menée par R. Lescanne et Z. Leghtas, démontre une augmentation par un facteur 300 du temps de vie du qubit grâce à la correction d’erreur quantique autonome réalisée grâce à l’ingénierie de la dissipation d’un mode microonde.
Databáze: OpenAIRE
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