Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Non-linear high impedance resonators enabling fast charge detection

Cicovic, Andrea LU (2024) PHYM01 20241
Solid State Physics
Department of Physics
Abstract
This thesis explores fast charge detection, enabled by the use of quantum dots and non-linear high impedance resonators. In particular, the non-linearities of the resonator are utilized to yield a strong readout from the quantum dot detector. With a strong signal, faster integration times are possible. One of the most useful techniques for fast electrical readout is measuring impedance changes. The main challenge for fast readout is the large impedance mismatch between transmission lines and quantum devices like quantum dots [1]. Charge detection in quantum systems is of importance for several reasons, including readout of spin qubits and microwave photon detection. In this thesis we study the coupling between a high impedance resonator... (More)
This thesis explores fast charge detection, enabled by the use of quantum dots and non-linear high impedance resonators. In particular, the non-linearities of the resonator are utilized to yield a strong readout from the quantum dot detector. With a strong signal, faster integration times are possible. One of the most useful techniques for fast electrical readout is measuring impedance changes. The main challenge for fast readout is the large impedance mismatch between transmission lines and quantum devices like quantum dots [1]. Charge detection in quantum systems is of importance for several reasons, including readout of spin qubits and microwave photon detection. In this thesis we study the coupling between a high impedance resonator and quantum dot detector. Measurements made in both the linear regime of the resonator and non-linear regime are treated. The non-linear regime measurements yield a 4 times stronger readout of charge detection compared to the linear regime measurements. Furthermore, this gives rise to a possibility of integrating 16 times faster when measuring within the non-linear regime compared to the linear regime, whilst keeping the same accuracy for detection. Lastly, the high impedance resonator is modelled theoretically to compare the measured resonator response to a theoretical one. The modelled response is in good agreement with the experimental data. In conclusion faster integration times can be achieved by using fast charge detectors with non-linear high impedance resonators. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Ultrasnabba laddningsmätningar i kvantsystem

Detektorer byggda med olinjära mikrovågsresonatorer möjliggör ultrasnabb avläsning av kvantkomponenter. Dessa detektorer är av stort intresse för utvecklingen av kvantdatorer.

Framtidens kvantdatorer forskars om idag. Deras minsta beståndsdel - kvantbiten - har flera implementeringar gjorda med supraledande komponenter. I supraledande kvantkomponenter, vilket är komponenter som leder ström utan någon resistans, används mikrovågsfotoner som informationsbärare. Mikrovågsfotoner är därför mycket intressanta att kunna mäta. Problematiken är att mikrovågfotonens energi är en miljondel mindre än de fotoner vi ser som ljus, och därför behövs speciella laddningsdetektorer för att kunna observera... (More)
Ultrasnabba laddningsmätningar i kvantsystem

Detektorer byggda med olinjära mikrovågsresonatorer möjliggör ultrasnabb avläsning av kvantkomponenter. Dessa detektorer är av stort intresse för utvecklingen av kvantdatorer.

Framtidens kvantdatorer forskars om idag. Deras minsta beståndsdel - kvantbiten - har flera implementeringar gjorda med supraledande komponenter. I supraledande kvantkomponenter, vilket är komponenter som leder ström utan någon resistans, används mikrovågsfotoner som informationsbärare. Mikrovågsfotoner är därför mycket intressanta att kunna mäta. Problematiken är att mikrovågfotonens energi är en miljondel mindre än de fotoner vi ser som ljus, och därför behövs speciella laddningsdetektorer för att kunna observera dem.

Laddningsdetektorer upptäcker och registrerar laddningar, exempelvis elektroner. Elektroner är otroligt små partiklar med laddning som kan röra sig med häpnadsväckande fart. För att kunna mäta om elektronerna förflyttar sig behövs laddningsdetektorer som är snabba. Förflyttningar av elektroner kan ge oss information om exempelvis en foton har absorberats in i vårt system.

I denna avhandling studeras just en sådan laddningsdetektor. Den är uppbyggd av två komponenter, en kvantprick och en mikrovågsresonator. Kvantpricken kan ses som en mycket liten transistor eller strömbrytare. Den kommer antingen leda ström eller vara icke-ledande, beroende på någon yttre påverkan, som exempelvis att en mikrovågsfoton absorberas in i vårt system. Kvantpricken beter sig lite på samma sätt som en strömbrytare som sätter på och stänger av en lampa.

Mikrovågsresonatorn kan ses som ett system där ljus (fotoner) studsas mellan elektriska speglar. Bara fotoner som har en resonansfrekvens som matchar mikrovågsresonators resonansfrekvens kommer studsa inne i vårt system. Alla andra fotoner kommer reflekteras bort.

Vad är då resonansfrekvens kan man fråga sig. För att förstå det kan vi tänka oss av vi gungar på en gunga. För att bibehålla farten på gungan så måste vi flytta kroppen fram och tillbaka i samma takt som gungan svänger i. Gungans svängning är dess resonansfrekvens och om du matchar denna svängning är du i resonans med gungan. Så de fotoner som 'gungar' i samma takt som vår resonator släpps in i resonatorn.

I denna avhandling undersöks en laddningsdetektor, bestående av en kvantprick och en olinjär mikrovågsresonator. Framförallt studeras olinjärheterna i resonatorn och hur de kan möjliggöra ultrasnabba mätningar med ovannämnda laddningsdetektorer. Vi visar här på en möjlighet till 16 gånger snabbare mätningar när de görs i det olinjära området, gentemot mätningar gjorda i det linjära området för resonatorn. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Cicovic, Andrea LU
supervisor
organization
course
PHYM01 20241
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
fast charge detection, quantum dots, non-linear high impedance resonators
language
English
id
9170211
date added to LUP
2024-07-05 10:35:36
date last changed
2024-07-05 10:35:36
@misc{9170211,
  abstract     = {{This thesis explores fast charge detection, enabled by the use of quantum dots and non-linear high impedance resonators. In particular, the non-linearities of the resonator are utilized to yield a strong readout from the quantum dot detector. With a strong signal, faster integration times are possible. One of the most useful techniques for fast electrical readout is measuring impedance changes. The main challenge for fast readout is the large impedance mismatch between transmission lines and quantum devices like quantum dots [1]. Charge detection in quantum systems is of importance for several reasons, including readout of spin qubits and microwave photon detection. In this thesis we study the coupling between a high impedance resonator and quantum dot detector. Measurements made in both the linear regime of the resonator and non-linear regime are treated. The non-linear regime measurements yield a 4 times stronger readout of charge detection compared to the linear regime measurements. Furthermore, this gives rise to a possibility of integrating 16 times faster when measuring within the non-linear regime compared to the linear regime, whilst keeping the same accuracy for detection. Lastly, the high impedance resonator is modelled theoretically to compare the measured resonator response to a theoretical one. The modelled response is in good agreement with the experimental data. In conclusion faster integration times can be achieved by using fast charge detectors with non-linear high impedance resonators.}},
  author       = {{Cicovic, Andrea}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Non-linear high impedance resonators enabling fast charge detection}},
  year         = {{2024}},
}