Івахненко О. В. Динаміка неадіабатичних переходів в квантових та класичних дворівневих системах

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0823U100712

Облікова картка дисертації

0823U100712.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 104 - Фізика та астрономія

12-10-2023

Спеціалізована вчена рада

ДФ 64.175.008_ID_2120

Фізико-технічний інститут низьких температур імені Б. І. Вєркіна Національної академії наук України

Анотація

Дисертація присвячена дослідженню фундаментальних динамічних явищ, які виникають внаслідок збудження квантових та класичних дворівневих систем у мікроскопічних та мезоскопічних структурах. У вступі коротко обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено мету та основні завдання дослідження, також об'єкт, предмет та методи дослідження. Сформульовано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів. Наведено відомості про публікації, особистий внесок здобувача та апробацію результатів дисертації. Також приведені відомості про структуру та обсяг дисертаційної роботи. Розділ 1 присвячено огляду та аналізу літератури за темою дисертації. В цьому розділі розглянуто основні явища, які виникають при збудженні дворівневих систем (ДРС), які ще називаються кубітами. Велика кількість різноманітних систем, можуть бути розглянуті як ДРС. Зокрема введено перехід Ландау-Зінера-Штукельберга-Майорани (ЛЗШМ). Розділ 2 присвячено детальному аналізу одноразового переходу ЛЗШМ та його властивостей, таких як динаміка для різних швидкостей переходу в різних базисах та час перехідного процесу. У цьому розділі також введено метод матриць переходу та, вперше, перехід зі збереженням заселеності. Розділ 3 присвячено дослідженню різних підходів до багаторазових переходів ЛЗШМ під дією гармонічного сигналу збудження. Вперше отримана більш точна формула для середньої за часом заселеності рівнів в адіабатичному базисі в рамках адіабатично-імпульсоної моделі (АІМ). Досліджено вплив частоти збудження на інтерферограми в рамках наближення хвилі, що обертається (НХО). Досліджено вплив релаксації декогеренції та температури на динаміку дворівневої системи. Вперше представлена відносна складність розрахунків інтерферограм за різними методами як час необхідний на побудову однієї і тієї ж інтерферограми різними методами та наближеннями. Розділ 4 присвячено дослідженню та демонстрації використання багаторазових неадіабатичних переходів ЛЗШМ як базису для квантових логічних операцій. Показано, що переходи ЛЗШМ мають більшу швидкість та точність виконання операції ніж осциляції Рабі, які зазвичай використовуються для квантових логічних операцій. Що дозволяє зробити більше операцій до того моменту як вплив дисипативного середовища буде значущим. Розділ 5 присвячено теоретичному вивченню взаємодії кубіту типу трансмон з напівобмеженою лінією передач, та коефіцієнту відбиття такої системи. Вперше створено теорію для симуляції поведінки такої системи. Показано, що вірогідність збудження пропорційна зменшенню коефіцієнту відгуку такої системи, продемонстровано схожість та відмінність теоретичних та експериментальних інтерферограм. Запропоновано ввести нелінійну поправку до амплітуди збудження для кращого співпадіння теорії та експерименту. Однією з переваг цієї системи є можливість маніпулювати поглинанням дворівневої системи, що забезпечує новий спосіб маніпулювання квантовими станами. Розділ 6 присвячено дослідженню схожості та відмінності між кубітом та класичними системами зв'язаних осциляторів. За допомогою кількох наближень можна перейти від рівняння Ньютона до рівняння Шредінгера. Описано розв'язок рівняння Шредінгера з аналогами класичних параметрів для динаміки класичної та квантової системи. Вперше розрахований результат інтерферометрії, аналогічної до квантової, для класичної системи під дією шумового збуджуючого сигналу прямокутної форми.Цю аналогію можна використати для симуляції інтерференційних явищ на класичній системі, яка зазвичай не потребує екстремально низьких температур для роботи і може працювати при кімнатній температурі, що робить їх більш доступними. Розділ 7 присвячено дослідженню динаміки стиснутої з боків мембрани, яка має два стабільних стани для використання її як однієї з обкладок мем'ємності (конденсатор з ефектом пам'яті). Вперше показано, що є два типи перескоку мембрани симетричний та асиметричний, та що для асиметричного перескоку потрібна менша порогова сила, для розрахунку мінімальної порогової сили для переключення мембрани достатньо розглядати всього дві власні функції. Порівняно результати розрахунків для порогової сили необхідної для перемикання з іншими теоретичними та чисельними розрахунками.

Читати повністю

Публікації

O. V. Ivakhnenko, S. N. Shevchenko, and Franco Nori, Simulating quantum dynamical phenomena using classical oscillators: Landau-Zener-Stückelberg-Majorana interferometry, Scientific Reports, 8, 12218, (2018), Q1

R. D. Yamaletdinov, O. V. Ivakhnenko, O. V. Sedelnikova, S. N. Shevchenko, Y. V. Pershin, Snap-through transition of buckled graphene membranes for memcapacitor applications, Scientific Reports, 8, 3566, (2018), Q1

3. P. Y. Wen, O. V. Ivakhnenko, M. A. Nakonechnyi, B. Suri, J.-J. Lin, W.-J. Lin, J. C. Chen, S. N. Shevchenko, Franco Nori, I.-C. Hoi, Landau-Zener-Stückelberg-Majorana interferometry of a superconducting qubit in front of a mirror, Physical Review B, 102, 075448 (2020), Q1

Oleh V. Ivakhnenko, Sergey N. Shevchenko, Franco Nori, Nonadiabatic Landau–Zener–Stückelberg–Majorana transitions, dynamics, and interference, Physics Reports, 995, 1-89 (2022), Q1

O. V. Ivakhnenko, S. N. Shevchenko, ”Simulating quantum dynamical phenomena using classical oscillators”, International school & conference on+ nanoscience and quantum transport (nanoQT-2016), 8-14 October, 2016, Kyiv, Ukraine, Poster, onsite (2016)

O.V. Ivakhnenko, and S.N. Shevchenko, ”Interferometry with nanomechanical resonator”, Student conference on Applied Physics ”Actual problems of modern physics”, 25 Nov, 2016, Kharkiv, Ukraine, Abstracts, p. 21 (2016)

O. V. Ivakhnenko, S. N. Shevchenko, R. D. Yamaletdinov, and Y. V. Pershin, ”Dynamics of a membrane for creation of a memcapacitance”, VIII International Conference for Professionals & Young Scientists low temperature physics (ICPYS-LTP2017), 29 May-2 June, 2017, Kharkiv, Ukraine, Abstracts, p. 147 (2017)

O. V. Ivakhnenko, S. N. Shevchenko, R. D. Yamaletdinov, and Y. V. Pershin, ”Elastic dynamics of the membrane to create the memcapacitors”, Student 7 conference on Applied Physics ”Actual problems of modern physics”, 24 Nov, 2017, Kharkiv, Ukraine, Abstracts, p. 31 (2017)

. O. V. Ivakhnenko, S. N. Shevchenko, and Franco Nori, ”Landau-ZenerStückelberg-Majorana interferometry, latching modulation, and motional averaging – dynamical quantum phenomena simulated by coupled classical oscillators”, IX International Conference for Professionals & Young Scientists low temperature physics (ICPYS-LTP2018), 4-8 June, 2018, Kharkiv, Ukraine, Abstracts, p. 183 (2018)

O. V. Ivakhnenko, S. N. Shevchenko, and Franco Nori, ”Qubit and coupled mechanical resonators, similarities and differences of behaviour”, International School and Symposium on Nanoscale Transport and phoTonics 2019 (ISNTT2019), 18-22 November, 2019, Atsugi, Japan

O. V. Ivakhnenko, S. N. Shevchenko, and Franco Nori, ”Comparison of approaches for description of driven qubits”, International Advanced Study Conference «Condensed Matter and Low Temperature Physics 2020», (CM&LTP 2020), 8-14 June, 2020, Kharkiv, Ukraine, Online, Abstracts, p. 167 (2020)

O. V. Ivakhnenko, S. N. Shevchenko, and Franco Nori, ”Occupationconservation transition in a quantum two-level system”, XI Conference of Young Scientists ”Problems of Theoretical Physics”, (”Problems of Theoretical Physics”), 21-23 December, 2020, Kyiv, Ukraine, Online, Abstracts, p. 23 (2020)

O. V. Ivakhnenko, S. N. Shevchenko, and Franco Nori, ”Simulating quantum dynamical phenomena using classical oscillators”, American Physics Society March meeting 2021 (”APS March meeting”), 15-19 March, 2021, Online, USA, Abstracts, p. P31.003 (2021)

O. V. Ivakhnenko and S. N. Shevchenko and Franco Nori, ”Ultrafast LandauZener-Stückelberg-Majorana (LZSM) gates”, International Symposium on Novel maTerials and quantum Technologies (ISNTT2021), 14-17 November, 2021, Atsugi, Japan, Online

O. V. Ivakhnenko, S. N. Shevchenko, and Franco Nori, ”Landau-ZenerStuckelberg-Majorana transitions for interferometry and quantum control”, American Physics Society March meeting 2022 (”APS March meeting”), 14- 18 March, 2022, Chicago, USA, Online, Abstracts, p. Q38.00010 (2022)

O. V. Ivakhnenko, A. I. Ryzhov, S. N. Shevchenko, M. F. Gonzalez-Zalba, and Franco Nori, ”Landau-Zener-Stückelberg-Majorana transitions for fast quantum logic gates”, 29th International Conference on low temperature physics” (LT29), 18-24 August, 2022, Sapporo, Japan, Online, Abstracts, p. P20-SF4-24 (2022)

O. V. Ivakhnenko, S. N. Shevchenko, and Franco Nori, ”Nonadiabatic Landau-Zener-Stuckelberg-Majorana transitions dynamics, and interference”, American Physics Society March meeting 2023 (”APS March meeting”), 20-22 March, 2023, Los-Angeles, USA, Online, Abstracts, p. UU05.00006 (2023)

Читати повністю

Схожі дисертації

0824U001313

Солоха-Климчак Мар’яна Дмитрівна

Динаміка дво- та триклакластерних ядерних систем в мікроскопічних моделях

0824U001203

Стриженко Сергій Сергійович

Дослідження та чисельне моделювання джерел світла з квантовими властивостями на основі багаторівневих атомів

0824U001221

Яремкевич Андрій Дмитрович

Вивчення ефектів та механізмів підсилення оптичних переходів молекули тиміну метал-вуглецевими наноструктурами.

0824U001202

Голуб Павло Володимирович

Керування топологічними пастками в рідинних кристалах

0824U000979

Ємельянов Святослав Ігорович

Детальна морфологія скупчень галактик.