Tieftemperatur-Mikrowellenmesssystem

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444750395

Das Ziel ist es supraleitende Quantenschaltkreise bei tiefen Temperaturen zu untersuchen. Während der Fortschritt in den letzten Jahren zu Quantensystemen mit hoher Güte geführt hat und auch basierend auf supraleitenden Qubits schon erste Quantencomputerprototypen realisiert wurden, besteht noch immenser Forschungsbedarf um damit einen praktischen Nutzen erzielen zu können. Es besteht aber kein Zweifel, dass sich mit der Kontrolle von derartigen komplexen Quantensystemen ein breites Forschungsspektrum eröffnet, von der Erzeugung und Untersuchung von Vielteilchenquantenzuständen über der Simulation von korrelierten Spinsystemen hin zur Implementierung von Quantenalgorithmen. Zu den konkreten Forschungsvorhaben zählen unter anderem die Entwicklung und Charakterisierung von Kopplungselementen zwischen mehreren Qubits um damit Quantenalgorithmen effizienter implementieren zu können. Ein weiteres Themengebiet ist die Verbesserung der Qubitoperationen durch optimale Kontrolle sowie die Erforschung von adiabatischen Protokolle um damit Anwendungen von neuronalen Netzwerken im Quantenregime zu erforschen. Zum Erreichen dieser Forschungsziele ist ein Tieftemperatur-Mikrowellenmesssystem bestehend aus einem Mischkryostaten mit Basistemperatur von 10mK sowie entsprechender Abschirmung erforderlich. Der Mischkryostat muss entsprechende Kühlleistung, Probenvolumen und Kabeldurchführungen aufweisen um darin mehrere Qubits (bis zu 15 Qubits und Koppler sind geplant) kontrollieren und messen zu können. Für die zeitaufgelöste Kontrolle der Qubits sind schnelle Arbiträr-Wellengeneratoren (AWGs) und Mikrowellensignalquellen notwendig. Die Messung basiert auf einer Homodyne-Technik, bei der die Information über das Quantensystem in den Seitenbändern eines Mikrowellensignals kodiert ist und nach Digitalisierung und Integration der Qubitzustand ermittelt wird. Dazu werden eine AWG/Digitizer Messeinheit sowie Mikrowellenkomponenten (rauscharme Verstärker, Zirkulatoren und Isolatoren) bei tiefen Temperaturen benötigt. Das Messsystem wird am Walther-Meißner-Institut (WMI) installiert und wird von der Gruppe von Stefan Filipp betreut, der ab Mai 2020 als Direktor am WMI und Professor (W3) für Technische Physik an der TU München tätig sein wird. Es steht sowohl Gruppen innerhalb des Institut also auch Gruppen im Forschungsverbund (Exzellenzcluster, TUM-Institute) zur Verfügung.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Tieftemperatur Mikrowellenmesseinheit
• Gerätegruppe: 8550 Spezielle Kryostaten (für tiefste Temperaturen)
• Antragstellende Institution: Technische Universität München (TUM)
• Leiter: Professor Dr. Stefan Filipp