3He-4He-Entmischungskryostat (cryogen-free) mit Elektronik für Quantenmessungen mit Mikrowellen
Final Report Abstract
Der trockene Mischkryostat wurde am Physikalischen Institut des KIT installiert und für spektroskopische und zeit-aufgelöste Messungen an hybriden Magnon-Photonen Schaltkreisen im 2 bis 20 GHz Frequenzbereich eingerichtet. Neben der Mikrowellenverkabelung inklusive passiver und aktiver Komponenten wurden Magnetspulen für bis zu 1 Tesla Felder installiert. Im ersten Jahr wurden hauptsächlich Mikrowellen-Kavitäten mit Bulk-Ferromagneten gekoppelt, im zweiten Jahr supraleitende Dünnfilmresonatoren an dünnen ferromagnetische Schichten untersucht, und im dritten Jahr supraleitenden Quantenbits zu dem Hybridsystem hinzugefügt. Zusätzlich wurden das Setup für Rauschmessungen an Ferromagneten eingerichtet und optimiert. Neben den beiden Doktoranden als Hauptnutzer für diese Projekte wurde eine ganze Reihe von Studienarbeiten auf Bachelor und Master-Level angegliedert an die Hauptforschung durchgeführt. Die wichtigsten Forschungsergebnisse der ersten drei Jahre sind i) milliKelvin Spektroskopie an Magnon-Polaritonen, ii) Leistungs und Temperaturabhängigkeit der Magnon-Linienbreite ausgehend vom Einzelmagnon-Regime, iii) Kopplung des Magnons an ein supraleitendes Qubit mittels indirekter Wechselwirkung über eine zwischengeschaltete Kavität, iv) Wechselwirkung von supraleitender Mikrowellenleitung mit ferromagnetischer Probe, v) Rauschmessungen im Einzelphotonenlimit an Ferromagneten, in preparation vi) Stabilität eines supraleitenden Qubits unter Magnetfeldern, vii) Zeitabhaengige Kontrolle von Magnon-Photon-Polaritonen mit Mikrowellenpulsen. Darüber hinaus finden aktuell Messungen mit Quantenfeedback zum Testen der Elektronik statt, und Arbeiten zur analogen Quantensimulation von Spin-Systemen. Die im Projekt entwickelte Mess- und Fitsoftware ist öffentlich zugänglich, insbesondere die Resonatorfit-Routinen finden international Anwendung. Die bisherigen Ergebnisse sind auf einem Repository veröffentlicht, teilweise schon in Fachzeitschriften publiziert, und werden in Dissertationsschriften aufgenommen.
Publications
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Quantum simulation experiments with superconducting circuits
Braumueller, Jochen
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Analog quantum simulator for the Tavis-Cummings modelwith superconducting qubits
Yang, Ping
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Adding nonlinearity to an electromagnetic-magnonic Quantum hybrid device
Pfirrmann, Marco
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Correlating Decoherence in Transmon Qubits: Low Frequency Noise by Single Fluctuators. Physical Review Letters, 123(19).
Schlör, Steffen; Lisenfeld, Jürgen; Müller, Clemens; Bilmes, Alexander; Schneider, Andre; Pappas, David P.; Ustinov, Alexey V. & Weides, Martin
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Interplay of Magnetization Dynamics with a Microwave Waveguide at Cryogenic Temperatures. Physical Review Applied, 11(4).
Golovchanskiy, I.A.; Abramov, N.N.; Pfirrmann, M.; Piskor, T.; Voss, J.N.; Baranov, D.S.; Hovhannisyan, R.A.; Stolyarov, V.S.; Dubs, C.; Golubov, A.A.; Ryazanov, V.V.; Ustinov, A.V. & Weides, M.
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Intrinsic decoherence in superconducting quantum circuits
Schloer, Steffen
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Magnons at low excitations: Observation of incoherent coupling to a bath of two-level systems. Physical Review Research, 1(3).
Pfirrmann, Marco; Boventer, Isabella; Schneider, Andre; Wolz, Tim; Kläui, Mathias; Ustinov, Alexey V. & Weides, Martin
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Transmon qubit in a magnetic field: Evolution of coherence and transition frequency. Physical Review Research, 1(2).
Schneider, Andre; Wolz, Tim; Pfirrmann, Marco; Spiecker, Martin; Rotzinger, Hannes; Ustinov, Alexey V. & Weides, Martin
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Introducing coherent time control to cavity magnon-polariton modes. Communications Physics, 3(1).
Wolz, Tim; Stehli, Alexander; Schneider, Andre; Boventer, Isabella; Macêdo, Rair; Ustinov, Alexey V.; Kläui, Mathias & Weides, Martin
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Quantum Sensing Experiments with Superconducting Qubits
Schneider, Andre
