Formiranje "cat-states" u nanoelektromehaničkim sustavima

diplomski rad

• Naslov (engleski): Formation of ”Cat-States” in Nanoelectromechanical Systems
• Autor: Matija Tečer
• Mentor: Danko Radić (mentor)
• Član povjerenstva: Danko Radić (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Hrvoje Buljan (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Matko Milin (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Ivica Smolić (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Emil Tafra (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Prirodoslovno-matematički fakultet; (Fizički odsjek); Zagreb
• Datum i država obrane: 2021-07-14, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: PRIRODNE ZNANOSTI; Fizika

Sažetak

Superpoziciju koherentnih stanja, tzv. cat-state, može se promatrati kao kvantnu superpoziciju makroskopskih stanja. U ovom radu pokazano je kako se u nanoelektromehaničkom (NEM) sustavu mogu kreirati mehanički catstate- ovi kvantno isprepletena sa stanjima dvorazinskog (qubitnog) kvantnog sustava koja opisuju električne stupnjeve slobode sustava. Promatrani NEM sustav sastoji se od supravodljive kvantne točke koja harmonički oscilira između dva supravodljiva kontakta. Supravodljivi kontakti spojeni su na prednapon koji se može kontrolirati. Inducirani naboj na kvantnoj točki može se kontrolirati naponom vrata te se posebnim odabirom parametara broj Cooperovih parova na kvantnoj točki može opisati kao qubitni sustav. Prilikom gibanja kvantne točke između supravodljivih kontakata, Cooperovi parovi tuneliraju s kvantne točke na supravodljive kontakte i obrnuto, ispreplićući tako mehaničke i električne (qubitne) stupnjeve slobode kvantne točke. Evolucija ovog sustava uz poseban protokol za kontrolu prednapona vodi k stvaranju mehaničkih cat-statesa U radu je najprije izveden hamiltonijan sustava. Nakon toga analitički je, korištenjem aproksimacije stacionarne faze, izračunata evolucija sustava. U središnjem dijelu, evolucija sustava izračunata je numerički, uz dodatno promatranje realističnijih postavki sustava. Naposljetku su stanja okarakterizirana Wignerovom funkcijom i entropijom kvantne isprepletenosti. Wignerova funkcija cat-statea poprima negativne vrijednosti što je potpis neklasičnog ponašanja tipičnog za cat-state.

Sažetak (engleski)

A superposition of coherent states, a ”cat-state”, can be treated as a quantum superposition of macroscopic states. In this thesis, I show how mechanical ”cat-states”, entangled to qubit states that describe electric degrees of freedom of the system, are generated in nanoelectromechanical (NEM) system. The examined NEM system consists of a movable superconducting quantum dot that harmonically oscillates between two bulk superconductors. The bulk superconductors are connected to a a controllable bias voltage. The induced charge on the quantum dot can be controlled via the gate voltage. By the special choice of parameters, the charge population (number of Cooper pairs) on the quantum dot can be described as a qubit system. As the quantum dot oscillates between the bulk superconductors, Cooper pairs tunnel from the bulk superconductors to the quantum dot and vice versa. This couples electrical and mechanical degrees of freedom of the quantum dot. Under the special protocol of controlling the bias voltage, the evolution of the system leads to the creation of mechanical ”cat-states”. In this thesis, firstly I derive the Hamiltonian of the system. After that the evolution of the system is calculated analytically using rotating wave approximation. In the main part, I present exact numerically calculated evolution of the system and I also take more realistic assumptions to consideration. Finally, the obtained states are characterized by the entanglement entropy and the Wigner function. The Wigner function of cat-states displays negative parts which is a signature of non-classical behaviour typical for the cat-states.

• Ključne riječi: cat-states; nanoelektromehaniˇcki sustavi; Josephsonov spoj
• Ključne riječi (engleski): ”cat-states”; nanoelectromechanical systems; Josephson effect
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:217:898822
• Studijski program: Naziv: Fizika; smjerovi: istraživački; Smjer: istraživački; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: integrirani preddiplomski i diplomski; Akademski / stručni naziv: magistar/magistra fizike (mag. phys.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup; Datum isteka embarga: 2022-01-14
• Datum i vrijeme pohrane: 2021-11-12 10:31:15