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000541434 245__ $$aCoherence properties of superconducting flux qubits$$cvorgelegt von Samuele Spilla, M.Sc. aus Palermo, Italien$$honline
000541434 246_3 $$aKohärenzeigenschaften von supraleitenden Qubits$$yGerman
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000541434 300__ $$a1 Online-Ressource (viii, 100 Seiten) : Illustrationen, Diagramme
000541434 3367_ $$0PUB:(DE-HGF)11$$2PUB:(DE-HGF)$$aDissertation / PhD Thesis$$bphd$$mphd
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000541434 502__ $$aDissertation, RWTH Aachen, 2015. - Dissertation, Università degli Studi di Palermo, 2015$$bDissertation$$cRWTH Aachen$$gFak01$$o2015-02-16
000541434 500__ $$aCotutelle-Dissertation. - Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
000541434 5203_ $$aDiese Doktorarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung supraleitender Josephson Qubits. Supraleitende Qubits sind eines der Beipiele für in Festkörpern realisierte "künstliche Atome" und sie basieren auf den Eigenschaften von lithographisch definierten Josephson-Tunnelbarrieren an der Schnittstelle zwischen zwei supraleitenden Elementen. Wenn diese Bauteile ausreichend gekühlt werden, dann zeigen sich Zustände von quantisierter Ladung, quantisiertem Fluss oder quantisierter Phasendifferenz - abhängig von den Parametern, die den konkreten Aufbau bestimmen. In diesem Fall ist es möglich die kohärente Zeitentwicklung von Quantenzuständen zu beobachten. Die Ergebnisse, die in dieser Arbeit präsentiert werden lassen sich in zwei Themengebiete unterteilen. Im ersten Teil untersuchen wir Qubit-Operationen, die auf der Quantenkohärenz in SQUIDs (kurz für "superconducting quantum interference devices) basieren. Wir interpretieren experimentelle Daten, die aus der Messung eines SQUID resultieren, dessen effektives Potential schnell und mit großer Amplitude moduliert wurde. Diese Arbeit wurde dadurch angeregt, dass in den letzten Jahren Versuche unternommen wurden, das scheinbare Quanten-Verhalten von physikalischen Systemen, zum Beispiel von solchen mit Josephson-Barrieren, mithilfe klassischer Effekte zu verstehen. Darüber hinaus haben wir die Möglichkeit erschlossen, maximal verschränkte Zustände - sogenannte GHZ  Zustände - in aus drei Josephson Qubits bestehenden Quantensystemen zu generieren. Dabei haben wir uns besonders auf die möglichen Einschränkungen bei der Erzeugung von GHZ Zuständen konzentriert, die aus einer Ankopplung an ein bosonisches Bad resultieren. Im zweiten Teil dieser Arbeit beschäftigen wir uns mit einer speziellen Ursache für die Dekohärenz von supraleitenden Fluss-Qubits, die bisher unbeachtet geblieben ist: das sind Temperaturunterschiede, die aus unbeabsichtigten Nichtgeichgewichtsverteilungen von Quasiteilchen entstehen können. Der Auslöser für die  schädliche Dekohärenz ist die Tatsache, dass Wärmeströme, die aufgrund eines Temperaturgradienten durch Josephson-Barrieren fließen, periodisch von der Phasendifferenz zwischen den angrenzenden supraleitenden Elementen abhängen. Diese Abhängigkeit von der Phase ist eine Folge von Andreev-Reflexion, also einem Wechselspiel zwischen den Quasiteilchen, die den Wärmestrom tragen, und dem phasenabhängigen, supraleitenden Kondensat. Im Allgemeinen sind die Fluss-Qubit-Zustände direkt durch die  verschiedenen Phasenunterschiede an den Josephson-Barrieren bestimmt. Deshalb hängt auch der durch einen Temperaturunterschied ausgelöste, phasenabhängige Wärmestrom direkt mit den phasenabhängigen Qubitzuständen zusammen. Wir untersuchen hier, wie die Wärmeströme vom Qubit-Zustand abhängen und zeigen, dass damit eine Messung des Qubit-Zustands durchgeführt wird. Das führt dazu, dass der Temperaturunterschied einen Einfluss auf die Dynamik des Systems hat. Wir zeigen, dass durch diese neu erforschte Ursache für Dekohärenz Limitierungen der Kohärenzzeit von Fluss-Qubits im sogenannten Delft-Design entstehen, die von der Größenordnung von einigen Mikrosekunden sind.  Im Gegensatz dazu finden wir, dass das Fluxonium Qubit gegen diesen Dekohärenzmechanismus aufgrund einer "Super-Induktivität" geschützt ist.$$lger
000541434 520__ $$aThe research work discussed in this thesis deals with the study of superconducting Josephson qubits. Superconducting qubits are solid-state artificial atoms which are based on lithographically defined Josephson tunnel junctions properties. When sufficiently cooled, these superconducting devices exhibit quantized states of charge, flux or junction phase depending on their design parameters. This allows to observe coherent evolutions of their states. The results presented can be divided into two parts. In a first part we investigate operations of superconducting qubits based on the quantum coherence in superconducting quantum interference devices (SQUID). We explain experimental data which has been observed in a SQUID subjected to fast, large-amplitude modifications of its effective potential shape. The motivations for this work come from the fact that in the past few years there have been attempts to interpret the supposed quantum behavior of physical systems, such as Josephson devices, within a classical framework. Moreover, we analyze the possibility of generating GHZ states, namely maximally entangled states, in a quantum system made out of three Josephson qubits. In particular, we investigate the possible limitations of the GHZ state generation due to coupling to bosonic baths. In the second part of the thesis we address a particular cause of decoherence of flux qubits which has been disregarded until now: thermal gradients, which can arise due to accidental non equilibrium quasiparticle distributions. The reason for these detrimental effects is that heat currents flowing through Josephson tunnel junctions in response to a temperature gradient are periodic functions of the phase difference between the electrodes. The phase dependence of the heat current comes from Andreev reflection, namely an interplay between the quasiparticles which carry heat and the superconducting condensate which is sensitive to the superconducting phase difference. Generally speaking, the flux qubit states are characterized by different values of the phase difference through their Josephson junctions. Consequently, the phase-dependent thermal current through a device subject a temperature gradient is related to the phase-dependent qubit states. We study how the thermal currents change according to the state of the qubits hence yielding a measurement of the qubit state. This in turn leads to an impact of temperature gradient on the dynamics of the system. We show that flux qubits in the Delft qubit design can have limitations of the decoherence time to the order of microseconds as a result of this newly discovered source of decoherence. In contrast, the fluxonium qubit is found to be well protected due to its superinductance.$$leng
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