We manipulate two superconducting qubits using digital microwave electronics. Starting fromtheir characterization, we develop a real-time reset scheme and implement the iSwap gate. Thequbits’ parameters are obtained using standard single-qubit characterization techniques, such asRabi and Ramsey oscillations and frequency sweep of the resonators. We also characterized theexperimental setup, including finding the working point of a Josephson Parametric Amplifierand the coupler between the two qubits. We solve the linear differential equations that modelthe resonator, in order to design a high-fidelity, single-shot qubit-measurement pulse shape,which actively empties the cavity. Using this pulse, we achieve a readout assignment fidelity of99.9%. The readout is formed in real-time using template matching. In addition, we implementa conditional reset of the qubit’s state in 1.4 μs, which resets the excited state population from5.4% to 0.5%. We simulate the cavity using QuTip to further optimize the readout pulse.Furthermore, we characterize the third energy level of the qubit to implement a qutrit readoutand observe a second excited state population of 0.3%, in accordance with theory. Finally,we implement the iSwap gate that, together with single-qubit gates, constitute a set of universalquantum gates, where we swap the 95.4% of the quantum state between the qubits in 690 ns. Allexperiments, including the pulse events and synchronization of the readout and feedback, wereperformed using a digital microwave platform based on a radio-frequency-on-a-chip system,and implemented using a Python interface. / Vi manipulerar två supraledande kvantbitar med digital mikrovågselektronik. Vi utgår frånderas karakterisering och utvecklar en realtidsåterställningsschema och implementerar iSwap-grinden. Kvantbitarnas parametrar erhålls med standardtekniker för karakterisering av enskildakvantbitar, såsom Rabi- och Ramsey-svängningar och frekvenssvep av resonatorerna. Vikaraketeriserar även den experimentella uppställningen, där vi finner arbetspunkten för enJosephson-parametrisk förstärkare, samt kopplaren mellan de två kvantbitarna. Vi löser delinjära differentialekvationerna som modellerar resonatorn, i syfte att designa en pulsformför en enkelmätning av en kvantbit med hög tillförlitlighet som aktivt tömmer kaviteten.Med denna puls uppnår vi en avläsningstillförlitlighet på 99,9 %. Avläsningspulsen bildas irealtid med hjälp av mallmatchning. Därtill implementerar vi en villkorlig återställning avkvantbitens tillstånd på 1,4 μs, vilket återställer den exciterade tillståndspopulationen från 5,4 %till 0,5 %. Vi simulerar kaviteten med QuTip för att ytterligare optimera avläsningspulsen.Dessutom karakteriserar vi den tredje energinivån på kvantbiten för att implementera enså-kallad qutrit-avläsning och observerar en andraexciterad tillståndspopulation på 0,3 %,i enlighet med teorin. Slutligen implementerar vi iSwap-grinden som, tillsammans medgrindarna för enskilda kvantbitar, utgör en uppsättning universella kvantgrindar, är vi byter95,4 % av kvanttillståndet mellan våra kvantbitarna på 0,6 μs. Alla experiment, såsompulshändelserna och synkroniseringen av avläsningspulsen och återkopplingspulsen, utfördesmed hjälp av en digital mikrovågsplattform, baserad på ett radiofrekvens-på-ett-chip-system,och implementerades med ett Python-gränssnitt.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-315572 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Di Carlo, Giuseppe Ruggero |
| Publisher | KTH, Tillämpad fysik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2022:161 |
Page generated in 0.0024 seconds