MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798270207670
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32399405
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aWilson,  Tim  J.
■24510▼aFast  Readout  in  Semiconductor  Quantum  Dots
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  California,  Los  Angeles▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a226  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-06,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Jiang,  Hong-Wen.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  Los  Angeles,  2025.
■520    ▼aThe  need  for  fast  readout  to  measure  the  state  of  a  quantum  dot  device  has  important  applications  in  the  capabilities  of  using  them  as  a  means  for  quantum  information  processing.  Traditional  charge  sensors  used  to  readout  the  charge  state  of  a  quantum  dot  device  are  very  robust  and  sensitive  electrometers  that  have  been  in  use  since  the  late  1980s.  They  pose  an  issue  to  the  future  of  quantum  dots  as  a  viable  means  of  quantum  computing,  and  that  is  in  their  slow  acquisition  times  of  the  charge  state  of  the  quantum  dot.  This  rate  of  measurement  means  that  implementing  any  quantum  error  correction  scheme  becomes  very  difficult  or  even  unfeasible  as  the  coherence  times  of  these  semiconductor  systems  is  short  compared  to  charge  sensor's  acquisition  times.  A  possibility  to  speed  up  the  measurement  process  of  the  charge  state  is  possible  thanks  to  the  atomic  molecular  and  optical  (AMO)  physics  community.Cavity  quantum  electrodynamics  (CQED)  is  the  study  of  light-matter  interactions  when  both  the  light  and  matter  are  taken  to  be  quantized.  A  photon  may  interact  with  an  atom  via  a  dipole  interaction  to  excite  it  from  its  ground  state  to  its  excited  state,  and  the  reverse  can  occur  where  the  atom  emits  a  photon  and  decays  from  its  excited  state  ii  to  the  ground  state.  This  fundamental  interaction  which  has  been  extensively  studied  in  the  AMO  community  since  the  early  1960s  had  been  adopted  by  the  superconducting  qubit  community  to  measure  the  state  of  their  qubits.  These  superconducting  qubits,  representing  atoms,  which  are  coupled  to  a  resonant  structure  on  chip,  which  represents  the  photons  that  can  interact  with  the  artificial  atom.  Since  these  systems  were  not  traditional  trapped  or  neutral  atoms  interacting  with  a  photon  via  a  laser,  but  instead  planar  circuit  structures,  the  superconducting  qubit  community  re-coined  the  term  cavity  quantum  electrodynamics  to  circuit  quantum  electrodynamics,  which  we  will  refer  to  as  cQED.The  quantum  dot  community  adapted  these  methods  of  what  is  known  as  dispersive  readout;  a  capacitive  change  of  the  atomic  like  system,  results  in  a  dispersive  shift  which  then  alters  the  characteristic  frequency  response  of  the  resonant  structure.  This  has  allowed  for  a  new  kind  of  charge  sensor  by  means  of  measuring  the  resonators  response  due  to  its  coupling  to  a  quantum  dot  system.  This  can  be  done  with  very  high  frequency  microwave  circuitry,  allowing  much  faster  readout  than  is  capable  via  traditional  charge  sensors.  Thus,  allowing  a  pathway  to  implement  quantum  error  correction  schemes  with  reasonable  times  compared  to  any  dephasing  or  decoherence  times  of  the  semiconductor  system.  Furthermore,  such  fast  readout  allows  for  feedback  protocols  to  be  implemented  to  the  system  to  correct  for  certain  undesirable  effects  due  to  instruments  or  the  system  itself.  Our  work  focuses  on  a  limit  of  this  cQED  interaction  of  the  quantum  dots  to  a  resonant  structure  allowing  us  to  do  fast  readout  of  the  quantum  dot  charge  states  via  a  dispersive  shift.The  work  I  will  demonstrate  in  this  dissertation  will  be  in  the  efforts  of  fast  readout  on  the  charge  occupation  of  a  double  quantum  dot  system  which  is  galvanically  coupled  to  a  superconducting  microwave  resonator.  This  was  done  in  a  Si/SiGe  heterostructure  system  where  I  designed,  simulated,  and  fabricated  the  device  which  was  optimized  to  have  a  stronger  dispersive  shift  signal  due  to  an  enhanced  gate  lever  arm  that  couples  to  the  resonator.  I  will  discuss  our  results  of  attaining  a  minimum  integration  time  of  34.54  ns  for  a  unity  signal  to  noise  ratio.  This  demonstrates  a  fast  readout  system  in  the  community  iii  which  could  be  extended  to  allow  for  even  better  readout  speeds  with  faster  instruments  than  what  were  available  to  me  for  the  experiment.  I  will  further  discuss  our  characterization  of  the  hybrid  system  and  how  we  extracted  a  charge  noise  due  to  charging  events  between  the  two  dots  in  our  system  up  to  around  10  kHz.  This  work  demonstrates  a  robust  dispersive  readout  scheme  which  helps  in  the  scalability  of  hybrid  superconducting-semiconducting  architectures  for  means  of  quantum  information  processing.
■590    ▼aSchool  code:  0031.
■650  4▼aPhysics
■650  4▼aCondensed  matter  physics
■650  4▼aQuantum  physics
■650  4▼aTheoretical  physics
■653    ▼aCavity  quantum  electrodynamics
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■653    ▼aSemiconductor  physics
■653    ▼aAtomic  molecular  and  optical  physics
■690    ▼a0605
■690    ▼a0599
■690    ▼a0753
■690    ▼a0611
■71020▼aUniversity  of  California,  Los  Angeles▼bPhysics  0666.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-06B.
■790    ▼a0031
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17360955▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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