Cryogenic Resonant Amplifier for Electron-on-Helium Image Charge Readout

物理 量子位元 放大器 里德伯公式 实现(概率) 原子物理学 光电子学 量子 量子力学 离子 CMOS芯片 统计 电离 数学
作者
Mikhail Belianchikov,Jakob A. Kraus,Denis Konstantinov
出处
期刊:Journal of Low Temperature Physics [Springer Science+Business Media]
卷期号:215 (5-6): 312-323 被引量:5
标识
DOI:10.1007/s10909-023-03033-6
摘要

Abstract An electron-on-helium qubit is a promising physical platform for quantum information technologies. Among all the “blueprints” for the qubit realization, a hybrid Rydberg-spin qubit seems to be a promising one toward quantum computing using electron spins. The main technological challenge on the way to such qubits is a detection of fA range image current induced by a Rydberg transition of a single electron. To address this problem, we aim to use a tank LC-circuit in conjunction with a high-impedance and low power dissipation cryogenic amplifier. Here, we report our progress toward realization of a resonant image current detector with a homemade cryogenic amplifier based on FHX13LG HEMT. We present a detailed characterization of the transistor at room and cryogenic temperatures, as well as details of the amplifier design and performance. At the power dissipation level of amplifier well below 100 μW, the measured voltage and current noise level are $$0.6~{\hbox {nV}}/\sqrt{\textrm{Hz}}$$ 0.6 nV / Hz and below 1.5 fA/ $$\sqrt{\textrm{Hz}}$$ Hz , respectively. Based on the actual image current measurements of the Rydberg transition in a many-electron system on liquid helium, we estimate an SNR = 8 with a measurement bandwidth 1 Hz for the detection of a single-electron transition, providing the noise level at the output is solely determined by the noise of the amplifier.
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