911±¬ÁÏÍø

Väitöskirjan nimi: Optical control of superconducting quantum technology

³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Katja Kohopää 
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä: professori Johannes Fink, Institute of Science and Technology, Itävalta
Kustos: professori Jukka Pekola, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu 

Tässä väitöskirjassa tutkitaan suprajohtavan kvanttiteknologian optista ohjausta, mikä voisi auttaa kvanttitietokoneiden skaalautuvuudessa. Kvanttitietokoneiden uskotaan pystyvän ratkaisemaan sellaisia ongelmia, joita klassiset supertietokoneet eivät pysty, mutta tämä vaatii merkittävää kubittien määrän kasvua. Skaalautuminen vaatii kehitystä usealla eri osa-alueella, mukaan lukien tiedonsiirrossa huoneenlämmössä olevan ohjauselektroniikan ja hyvin matalassa lämpötilassa olevien kubittien välillä. 

Tyypillisesti tiedonsiirto on toteutettu metallisten koaksiaalikaapelien avulla, jotka aiheuttavat suuren lämpökuorman kryojäähdyttimeen. Koska jäähdytysteho on rajallinen, erilaisia vaihtoehtoja on syytä tutkia. Tässä työssä keskitytään optiseen ohjaukseen, jossa tietoa siirretään huoneenlämmön ja kylmän välillä valokuiduilla, jotka eivät johda lämpöä merkittävästi. Kylmässä signaali tulee muuntaa sähköiseen muotoon, jotta sitä voidaan käyttää suprajohtavien komponenttien ajoon. 

Työssä tarkastellaan optista ohjausta kahden eri aihealueen kannalta. Epäjärjestyneet suprajohtavat ohutkalvot ovat lupaavia materiaaleja fotoni-ilmaisimiin, joita voidaan käyttää muuntamaan signaalia optisesta sähköiseen muotoon. Työssä on tutkittu ionisäteilytyksen vaikutusta useisiin materiaaleihin sekä uusia atomikerroskasvatusprosesseja suprajohtavien kalvojen kasvattamiseen. 

Työssä tutkitaan myös optisesti ohjattuja Josephson-liitosketjuja. Josephson-liitosketjuja voidaan käyttää tuottamaan kvantittuneita jänniteaaltomuotoja matalassa lämpötilassa, kun niitä ajetaan pulssijonoilla. Tämän väitöskirjan päätuloksena osoitetaan, että optisesti ohjatun Josephson-liitosketjun korkein mahdollinen ajotaajuus on merkittävästi suurempi kuin tyypillisillä metodeilla, jotka käyttävät sähköisiä pulssimuotogeneraattoreita. Tulokset luovat pohjaa sille, että optisen ohjauksen ja nopeiden Josephson-liitosketjujen avulla voitaisiin kehittää energiatehokas ja skaalautuva tapa kubittien ohjaukseen, mikä voisi pienentää lämpökuormaa ja auttaa mahdollistamaan kvanttitietokoneiden kasvun tulevaisuudessa.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): .

Yhteystiedot: 
katja.kohopaa@vtt.fi