Desenvolvimento de técnicas para design de amplificadores paramétricos modulados por fluxo e baseados em junções Josephson

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Silva, Diego Molina Sanches, 1996-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Amplificadores paramétricos quânticos
Junções Josephson
Amplificadores paramétricos Josephson
Circuitos supercondutores
Qubits supercondutores
Transformadores de impedância
Guias de ondas coplanar
Quantum parametric amplifiers
Josephson junctions
Josephson parametric amplifiers
Superconducting circuits
Superconducting qubits
Impedance transformers
Coplanar waveguides
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/24432
Resumo: Orientador: Francisco Paulo Marques Rouxinol
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Devido principalmente ao avanço na arquitetura de qubits supercondutores tendo como objetivo o aumento do tempo de coerência de seus estados quânticos, a exigência de processos de amplificação em regime de ultra-baixo ruído. Sendo a amplificação paramétrica um processo de amplificação já estabelecido em outros sistemas físicos e que não apresenta imposição de ruído adicionado no processo, torna-se intuitivo o estudo de amplificadores paramétricos em sistemas quânticos para servir de auxílio para a investigação de outros sistemas quânticos que apresentem sinais de baixa potência. Para que o processo de amplificação paramétrica aconteça, a existência de um fator não linear no sistema torna-se imprescindível. No contexto de circuitos supercondutores, a junção Josephson surge como componente chave para produzir o fenômeno, pelo fato de apresentar características não lineares. Esse tipo de amplificador apresenta atualmente vasta literatura teórica e experimental disponível, fazendo com que seja possível estudar e desenvolver uma metologia que conecte os parâmetros teóricos do amplificador aos parâmetros experimentais da fabricação da junção e no casamento de impedância do dispositivo. No método sistemático desenvolvido por nós, através de experimentos de fabricação de junções Josephson para amplificadores paramétricos e procedimento de medição de resistência de junções em temperatura ambiente, realizamos a conexão entre a área da junção e a corrente crítica necessária para atingir a frequência de operação de interesse do amplificador. Tendo como base uma banda de frequência de 4 a 8 GHz e corrente crítica de $0,4\mu\text{A}$ até $1,2\mu\text{A}$. E assim, com esses parâmetros, desenvolvemos a relação da impedância dos transformadores de impedância utilizando Guias de Onda Coplanar (CPW) para a banda de frequência desejada. Foi desenvolvido também a caracterização via simulação e medição em temperatura de miliKelvin dos transformadores para diferentes frequências e impedânciasAbstract: The present Master's dissertation presents a systematic method for the study and modeling of parametric amplifiers based on Josephson junctions. Due mainly to advances in the architecture of superconducting qubits with the objective of increasing the coherence time of their quantum states, there is a requirement for amplification processes in the ultra-low noise regime. Since parametric amplification is an established amplification process in other physical systems and does not impose added noise in the process, it becomes intuitive to study parametric amplifiers in quantum systems to aid in the investigation of other quantum systems that exhibit low-power signals. For the parametric amplification process to occur, the existence of a nonlinear factor in the system is essential. In the context of superconducting circuits, the Josephson junction emerges as a key component in producing the phenomenon due to its nonlinear characteristics. This type of amplifier currently has extensive theoretical and experimental literature available, making it possible to study and develop a methodology that connects the theoretical parameters of the amplifier to the experimental parameters of the junction fabrication and impedance matching of the device. In the systematic method developed by us, through experiments of fabricating Josephson junctions for parametric amplifiers and the procedure of measuring junction resistance at room temperature, we established the connection between the junction area and the critical current necessary to reach the operating frequency of interest for the amplifier. Based on a frequency band of 4 to 8 GHz and critical current ranging from 0.4 ?A to 1.2 ?A, we developed the impedance matching relationship of the transformers using Coplanar Waveguides (CPW) for the desired frequency bandAbertoMestradoFísicaMestre em FísicaCAPES88887.667166/2022-00[s.n.]Rouxinol, Francisco Paulo Marques, 1977-Santos, Marcos Vinicius Puydinger dosBarbosa, Felippe Alexandre SilvaUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb WataghinPrograma de Pós-Graduação em FísicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSilva, Diego Molina Sanches, 1996-20242024-08-15T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (152 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/24432SILVA, Diego Molina Sanches. Desenvolvimento de técnicas para design de amplificadores paramétricos modulados por fluxo e baseados em junções Josephson. 2024. 1 recurso online (152 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: 20.500.12733/24432. Acesso em: 29 set. 2025.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1409700https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1409700Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1409700Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2025-09-01T15:38:47Zoai::1409700Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2025-09-01T15:38:47Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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