We study transport and charge sensing measurements of double quantum dots (DQDs). Several proposals have been put forth for DQD-based qubits, making these systems interesting from the perspective of solid-state quantum computation. This thesis discusses three theoretical studies of error-generation in DQD qubit read-out. First, we consider transport measurements and calculate the contribution to the DQD conductance from cotunneling processes involving the virtual occupation of excited states. We present an efficient numerical method, based on the tight-binding formalism, for the calculation of the DQD transmission associated with two-particle cotunneling. We study the effect of electron-electron interactions within the constant interaction picture and, by treating the lead-DQD tunneling exactly, are able to consider the limit of strong coupling. We generate theoretical conductance maps, or stability diagrams, reflecting a wide region of parameter space, allowing us to compare the incidence of cotunneling in a variety of electrostatic regimes. Next, we focus on charge-sensing measurements and study the Heisenberg backaction associated with read out via a capacitively coupled quantum point contact (QPC). We show that the fundamental source of backaction is due to the QPC charge noise, rather than the shot noise. We derive a rigorous lower bound on the magnitude of the charge noise, and calculate the corresponding inelastic rates in a DQD charge qubit. Furthermore, we show that the charge and shot noise backaction mechanisms are in principle distinguishable when the QPC is non-adiabatic. We also apply our results to the case of two-electron DQD spin qubits, where the read out is performed via spin-to-charge conversion, and estimate the corresponding relaxation and dephasing times. Finally, we study an indirect backaction effect associated with read out by a QPC. In our picture, the QPC charge noise serves to locally heat a bath of phonons, driving it out of equilibrium. The phonons then travel to the DQD, where they are resonantly absorbed by the qubit, leading to inelastic transitions that show a distinct periodicity as a function of frequency. Strong oscillations in the DQD occupation have recently been measured experimentally by two independent groups. We show that the coupling between the phonon bath and the QPC can lead to focussing, which enhances the resonant phonon absorption and leads to the striking effect seen in experiment. / Nous etudions la mesure de points quantiques doubles (DQDs), specifiquement le transport electronique et la detection de charge. Plusieurs propositions ont ete avancees pour des qubits bases sur les DQDs, qui rend ces systèmes interessants du point de vue du calcul quantique a l'etat solide. Cette these comprend trois etudes theoriques au sujet de la generation d'erreurs lors de la mesure des qubits DQD. Premierement, nous considerons les mesures de transport, et calculons la contribution a la conductance DQD des processus cotunneling impliquant l'occupation virtuelle des etats excites. Nous presentons une methode numerique efficace, basee sur le formalisme tight-binding, pour le calcul de la transmission DQD associee avec le cotunneling a deux electrons. Nous etudions l'effet des interactions electron-electron dans un modele d'interaction constante et, en traitant la puissance de tunnel entre les QDs exactement, examinons la limite de couplage fort. Nous generons des cartes de conductance theoriques qui refletent une vaste region de l'espace des parametres, et qui nous permettent de comparer l'incidence de cotunneling dans une variete de regimes electrostatiques. Ensuite, nous concentrons sur des mesures de detection de charge, et etudions le backaction Heisenberg associee a la mesure par un contact de point quantique (QPC). Nous montrons que la source fondamentale de backaction est du au bruit de charge du QPC, plutot que le bruit de courant. Nous formulons une borne inferieure rigoureuse pour l'ampleur du bruit de charge, et calculons les taux correspondants aux transitions inelastiques dans un qubit de charge DQD. Par ailleurs, nous montrons que les mecanismes de backaction associes avec le bruit de charge et de courrant, respectivement, peuvent en principe etre distingues quand le QPC est non-adiabatique. Nous appliquons egalement nos resultats au cas de qubits de spin, ou il y a deux electrons dans le DQD et la mesure est effectuee par la conversion entre spin et charge, et estimons les temps de relaxation et de decoherence correspondants.Finalement, nous etudions un effet backaction indirect associe a la lecture par un QPC. Dans notre modele, le bruit de charge du QPC sert a chauffer localement un bain de phonons, ce qui le conduit hors de l'equilibre. Ensuite, les phonons voyagent du QPC au DQD, ou ils sont absorbes de maniere resonante par le qubit, conduisant des transitions inelastiques. Ces transitions montrent une periodicite distincte en fonction de la frequence. De fortes oscillations dans l'occupation du DQD ont recemment ete mesurees experimentalement par deux groupes independants. Nous montrons que le couplage entre le bain de phonons et la charge du QPC peut conduire les phonons a concentrer, ce qui ameliore l'absorption de phonons resonants et produit l'effet vu au laboratoire.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.106374 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Young, Carolyn |
| Contributors | Aashish Clerk (Internal/Supervisor), Michael Hilke (Internal/Cosupervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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