Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζουμε μια θεωρία πολλών σωμάτων για την υπερταχή μη γραμμική οπτική απόκριση σε ημιαγωγούς και συστήματα με υψηλά συσχετισμένη θεμελιώδη κατάσταση, όπως το κβαντικό σύστημα Hall (QHS). Η θεωρία μας βασίζεται σε μια κατάτμηση των εξισώσεων κίνησης του τελεστή πυκνότητα, απουσία μιας μικρής παραμέτρου αλληλεπίδρασης που λαμβάνεται υπόψη για να αναπτύξουμε σε όρους του οπτικού πεδίου, και με τη χρήση τελεστών Hubbard με στόχο να περιγράψουμε την ακριβή δυναμική του συστήματος, μέσω ενός κβαντικού υπόχωρου καταστάσεων πολλών σωματιδίων. Στην χρονική κλίμακα των femptosecond και picosecond προσδιορίζουμε το “αποτύπωμα” των μη στιγμιαίων αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μαγνητο-εξιτονίων (X) και του ασυμπίεστου δισδιάστατου ηλεκτρονιακού αερίου (2ΔΗΑ) , που περιγράφονται από την σύζευξη των μαγνητο-εξιτονίων ανάμεσα σε δύο επίπεδα Landau με τις συλλογικές διεγέρσεις του ηλεκτρονιακού αερίου (magnetoroton (MR) και magnetoplasmon (MP)). Δείχνουμε ότι η ισχυρή σύζευξη με τις παραπάνω διεγέρσεις αλλάζει τη διαχρονική εξέλιξη των μη γραμμικών οπτικών φασμάτων σε σύγκριση με την “Προσέγγιση τυχαίων φάσεων” (RPA) και οδηγεί σε συντονισμό απορρόφησης. Υπολογίζουμε το “τριών παλμών” FWM (Four Wave Mixing) σήμα, του οποίου η εξάρτηση από τις χρονικές καθυστερήσεις ανάμεσα στους παλμούς αντικατοπτρίζει την απώλεια φάσης και την χαλάρωση του έντονα συσχετισμένου συστήματος X - 2ΔΗΑ. Τα παραπάνω αποδεικνύουν ότι η δυναμική της αλληλεπίδρασης X - 2ΔΗΑ μπορεί να επιλυθεί με femtosecond οπτικούς παλμούς. Τα αποτελέσματά μας ρίχνουν φως σε ανεξερεύνητες sub-picosecond περιοχές του QHS και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ερμηνεύσουν πειράματα δισδιάστατης φασματοσκοπίας συσχετισμένων συστημάτων.
Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζουμε μια θεωρία πολλών σωμάτων για την υπερταχή μη γραμμική οπτική απόκριση σε ημιαγωγούς και συστήματα με υψηλά συσχετισμένη θεμελιώδη κατάσταση, όπως το κβαντικό σύστημα Hall (QHS). Η θεωρία μας βασίζεται σε μια κατάτμηση των εξισώσεων κίνησης του τελεστή πυκνότητα, απουσία μιας μικρής παραμέτρου αλληλεπίδρασης που λαμβάνεται υπόψη για να αναπτύξουμε σε όρους του οπτικού πεδίου, και με τη χρήση τελεστών Hubbard με στόχο να περιγράψουμε την ακριβή δυναμική του συστήματος, μέσω ενός κβαντικού υπόχωρου καταστάσεων πολλών σωματιδίων. Στην χρονική κλίμακα των femptosecond και picosecond προσδιορίζουμε το “αποτύπωμα” των μη στιγμιαίων αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μαγνητο-εξιτονίων (X) και του ασυμπίεστου δισδιάστατου ηλεκτρονιακού αερίου (2ΔΗΑ) , που περιγράφονται από την σύζευξη των μαγνητο-εξιτονίων ανάμεσα σε δύο επίπεδα Landau με τις συλλογικές διεγέρσεις του ηλεκτρονιακού αερίου (magnetoroton (MR) και magnetoplasmon (MP)). Δείχνουμε ότι η ισχυρή σύζευξη με τις παραπάνω διεγέρσεις αλλάζει τη διαχρονική εξέλιξη των μη γραμμικών οπτικών φασμάτων σε σύγκριση με την “Προσέγγιση τυχαίων φάσεων” (RPA) και οδηγεί σε συντονισμό απορρόφησης. Υπολογίζουμε το “τριών παλμών” FWM (Four Wave Mixing) σήμα, του οποίου η εξάρτηση από τις χρονικές καθυστερήσεις ανάμεσα στους παλμούς αντικατοπτρίζει την απώλεια φάσης και την χαλάρωση του έντονα συσχετισμένου συστήματος X - 2ΔΗΑ. Τα παραπάνω αποδεικνύουν ότι η δυναμική της αλληλεπίδρασης X - 2ΔΗΑ μπορεί να επιλυθεί με femtosecond οπτικούς παλμούς. Τα αποτελέσματά μας ρίχνουν φως σε ανεξερεύνητες sub-picosecond περιοχές του QHS και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ερμηνεύσουν πειράματα δισδιάστατης φασματοσκοπίας συσχετισμένων συστημάτων.
Στην εργασία αυτή μελετούμε τη δυναμική πληθυσμού μιας κβαντικής τελείας κατά την αλληλεπίδρασή της με παλμικό πεδίο laser σε διφωτονικό συντονισμό με τη μετάβαση βασικής κατάστασης με διεξιτονική κατάσταση, με έμφαση σε φαινόμενα μεταφοράς στην διεξιτονική κατάσταση. Αρχικά κάνουμε μια σύντομη εισαγωγή στις κβαντικές τελείες, στα εξιτόνια και στα διεξιτόνια. Στη συνέχεια εξάγουμε τις κατάλληλες συνθήκες για τη πλήρη μεταφορά του πληθυσμού της κβαντικής τελείας στο διεξιτονικό επίπεδο για απομονωμένη κβαντική τελεία. Επιπλέον, θεωρούμε ότι η κβαντική τελεία είναι ενσωματωμένη σε μήτρα άλλου υλικού και εμφανίζει ισχυρές αλληλεπιδράσεις διπόλου-διπόλου ηλεκτρονίων-οπών. Κατ’ αυτό τον τρόπο το πεδίο που αλληλεπιδρά με την κβαντική τελεία είναι το τοπικό πεδίο και όχι το εφαρμοζόμενο πεδίο. Με αυτή την θεώρηση αναπτύσσεται η αλληλεπίδραση ενός πεδίου laser με το βασικό μοντέλο κβαντικής τελείας που χρησιμοποιούμε, μέσω των εξισώσεων του πίνακα πυκνότητας, υπό την επίδραση τοπικού πεδίου. Οι εξισώσεις αυτές επιλύονται αριθμητικά και δείχνουμε ότι για παλμούς σχετικά μεγάλης διάρκειας (που καθορίζεται από το μέγεθος της διεξιτονική μετατόπισης) τα φαινόμενα τοπικού πεδίου επηρρεάζουν σημαντικά την ολική μεταφορά πληθυσμού στην διεξιτονική κατάσταση. Όμως για βραχύτερους παλμούς laser δέιχνουμε ότι υπάρχει ανεπαίσθητη έως ανύπαρκτη επίδραση των φαινομένων τοπικού πεδίου στην μεταφορά πληθυσμού.
Η ακριβής επίλυση της εξίσωσης του Schrödinger, που είναι η θεμελιώδης εξίσωση της κβαντικής μηχανικής, δεν είναι εφικτή για κανένα φυσικό σύστημα πολλών ηλεκτρονίων και για αυτό η ανάπτυξη προσεγγίσεών της, συνδυασμένη με τις δυνατότητες που δίνουν τα σημερινά υπολογιστικά συστήματα, έχει συνεισφέρει σε μεγάλο βαθμό στη μελέτη της δομής της ύλης. Έτσι, σήμερα μπορεί κανείς να μελετήσει με κβαντομηχανικές προσεγγίσεις στερεά, μόρια, συσσωματώματα, νανοσωλήνες ή και βιολογικά συστήματα, προβλέποντας τις ιδιότητες τους χωρίς να καταφύγει στο πείραμα ενώ πολλές φορές η ακρίβεια των υπολογισμών είναι μεγαλύτερη των πειραματικών δεδομένων. Παράλληλα, αποτελεί σημαντικό βοήθημα στη σχεδίαση νέων υλικών με επιθυμητές ιδιότητες. Οι μέθοδοι που βρίσκουν σήμερα ευρεία εφαρμογή στην εύρεση της βασικής κατάστασης των πολυηλεκτρονικών συστημάτων (αλλά και διεγερμένων σε κάποιες εκδοχές τους), όπως η Hartree-Fock (HF) και η θεωρία των συναρτησιακών της πυκνότητας (Density Functional Theory) στην Kohn και Sham (KS) εκδοχή της, προσεγγίζουν την κυματοσυνάρτηση με μια ορίζουσα Slater (SD). Όμως, τόσο η ορίζουσα HF όσο και η ορίζουσα KS δεν αποτελούν πάντα ιδιοκαταστάσεις όλων των τελεστών που αντιμετατίθενται με την ακριβή Χαμιλτονιανή του υπό μελέτη φυσικού συστήματος, παρότι οι ακριβείς λύσεις της εξίσωσης Schrödinger έχουν την ιδιότητα αυτή. Μια τέτοια περίπτωση είναι η συμμετρία του ολικού σπιν S2 στην περίπτωση της μη περιορισμένης (Unrestricted) Hartree-Fock (UHF) ή της μη περιορισμένης Kohn και Sham (UKS). Μπορεί κανείς να επιβάλλει η SD να αποτελεί ιδιοκατάσταση του τελεστή S2 με το να περιορίσει τις μονοηλεκτρονικές κυματοσυναρτήσεις με σπιν πάνω και κάτω να σχηματίζουν “ζεύγη” με ίδιο χωρικό μέρος (Restricted Hartree-Fock). Αυτή η πρόσθετη “τεχνητή” απαίτηση για τις μονοηλεκτρονικές κυματοσυναρτήσεις οδηγεί σε χειρότερη προσέγγιση της βασικής κατάστασης αδυνατώντας συχνά να περιγράψει ακόμη και ποιοτικά διαδικασίες όπως ο διαχωρισμός ενός πολύ απλού μορίου όπως αυτό του Υδρογόνου στα άτομα που το αποτελούν. Παρόλα αυτά, η εφαρμογή της σε συστήματα κλειστού φλοιού για ενδοατομικές αποστάσεις ισορροπίας δίνει συνήθως αρκετά καλά αποτελέσματα. Επιπλέον, η απαίτηση των διπλά κατειλημμένων μονοηλεκτρονικών κυματοσυναρτήσεων διαφορετικού σπιν περιορίζει το χώρο μέσα στον οποίο γίνεται η εύρεση του ελαχίστου της ενέργειας, οδηγώντας έτσι συχνά στην εύρεση πιο υψηλής ενέργειας σε σχέση με την αντίστοιχη που θα έπαιρνε κανείς από μια “μη περιορισμένη” (SD). Να σημειώσουμε εδώ ότι οι προσεγγίσεις αυτές βασίζονται στην “αρχή των μεταβολών” η ενέργεια που βρίσκει κανείς είναι ένα άνω όριο στην ενέργεια της ακριβούς βασικής κατάστασης του συστήματος. Έτσι, η προσεγγιστική κυματοσυνάρτηση ενός πολυηλεκτρονικού συστήματος, εκφρασμένη με μια μόνο ορίζουσα Slater, μπορεί να γίνει ποιοτικά καλύτερη όταν η ορίζουσα της ελαχιστοποίησης της ενέργειας είναι μη περιορισμένη. Όμως, όπως προαναφέρθηκε, η ορίζουσα αυτή δε μετασχηματίζεται σύμφωνα με τις μη αναγώγιμες αναπαραστάσεις της συμμετρίας του σπιν. Να σημειώσουμε εδώ ότι παρότι στα πλαίσια της κβαντικής χημείας έχουν αναπτυχθεί προσεγγίσεις που η δοκιμαστική κυματοσυνάρτηση είναι πολλών οριζουσών (multideterminental) όπως οι (Configuration State Functions) στην Configuration Interaction όπου μάλιστα η αρχική κυματοσυνάρτηση μπορεί να φτιαχτεί ως ιδιοκατάσταση του S2, οι μέθοδοι αυτές είναι υπολογιστικά πολυδάπανες σε σχέση με τις προσεγγίσεις μιας ορίζουσας Slater. Επιπλέον, στα πλαίσια της Θεωρίας των Συναρτησιακών της Πυκνότητας στην Kohn και Sham εκδοχή της η οποία εφαρμόζεται για υπολογισμό ιδιοτήτων σε πολύ μεγάλα συστήματα, όπως βιολογικά μόρια, δεν έχουμε κυματοσυναρτήσεις πολλών οριζουσών. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, έγινε ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας με την οποία γίνεται ακριβής ανάλυση μιας μη περιορισμένης ορίζουσας Slater σε ιδιοκαταστάσεις του ολικού σπιν S2. Η εφαρμογή της μεθοδολογίας αυτής έγινε σε ορίζουσες που αποτελούν προσέγγιση βασικής καταστάσεις όπως προκύπτουν από τις Unrestricted Hartree-Fock και Kohn και Sham (UKS). Η ορίζουσα αυτή αναπτύσσεται σε ιδιοκαταστάσεις του S2, κάνοντας αλλαγή των τροχιακών της αρχικής ορίζουσας. Έτσι αναπτύσσεται σε γραμμικό συνδυασμό οριζουσών που κάθε μια έχει είτε ζεύγη μονοηλεκτρονικών κυματοσυναρτήσεων αντίθετου σπιν με επικάλυψη μονάδα ή μονοηλεκτρονικές κυματοσυναρτήσεις κάθετες μεταξύ τους. Με μια διαδικασία που στηρίζεται στη δράση των τελεστών S+ και S- και χρήση των συντελεστών Clebsh-Gordon κάθε μια από τις παραπάνω ορίζουσες αναλύεται σε ιδιοκαταστάσεις του S2. Έτσι, βρίσκουμε την ακριβή έκφραση των αναλυόμενων ιδιοκαταστάσεων του S2 που προκύπτουν από μια μη περιορισμένη ορίζουσα Slater.Η μεθοδολογία εφαρμόστηκε στην εύρεση ιδιοκαταστάσεων του S2 από ορίζουσες μη περιορισμένης UHF και UKS. Κάποια από τις συνιστώσες καταστάσεις δίνει πιο χαμηλή ή ίση ενέργεια από αυτή της ορίζουσας από την οποία προκύπτει πράγμα που την καθιστά καλύτερη ποιοτικά σαν λύση. Η εφαρμογή έγινε σε μικρά μόρια κλειστού και ανοιχτού φλοιού ώστε να είναι εύκολα ελέγξιμα τα αποτελέσματα. Η ανάπτυξη αυτή μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιοδήποτε σύστημα μπορεί να βρεθεί λύση UHF και UKS εφόσον δεν υπεισέρχεται κάποια επιπλέον διαδικασία “αυτοσυνεπούς” διαγωνιοποίησης ή κάποιος άλλος λόγος που θα έκανε το πρόβλημα μη επιλύσιμο και υπολογιστικά χρονοβόρο. Επιπλέον, είναι δυνατή η εφαρμογή της μεθοδολογίας όχι μόνο στη βασική αλλά και σε διεγερμένες καταστάσεις.
Η παρούσα eργασία eπικeντρώνeται στην πeριγραφή των κβαντικών συστημάτων τριών καταστάσeων μέσω eξισώσeων master για την μήτρα πυκνότητας πιθανότητάς τους (density matrix), συμπeριλαμβάνοντας μία πρόσφατα προτeινόμeνη μη-γραμμική θeρμοδυναμική eξίσωση. Το πρώτο μέρος eστιάζeι σe ένα σύστημα τριών καταστάσeων το οποίο βρίσκeται σe αλληλeπίδραση μe δύο λουτρά θeρμότητας, ένα θeρμό και ένα ψυχρό. Eξeτάζeται ο ρυθμός ροής θeρμότητας από το θeρμό προς το ψυχρό λουτρό μέσω του κβαντικού συστήματος, και μe ποιον τρόπο eπιτυγχάνeται η μόνιμη κατάσταση. Eπιπλέον υπολογισμοί αναφέρονται στον ρυθμό παραγωγής της eντροπίας και στην eξέλιξη όλων των στοιχeίων της μήτρας πυκνότητας πιθανότητας από μία τυχαία αρχική κατάσταση προς την ισορροπία ή τη μόνιμη κατάσταση. Τα αποτeλέσματα παρουσιάζονται συγκριτικά μe eκeίνα μιας γραμμικής, τύπου Lindblad master eξίσωσης, κατάλληλα σχeδιασμένης ώστe στην eιδική πeρίπτωση eνός κβαντικού συστήματος σe αλληλeπίδραση μe ένα λουτρό θeρμότητας eπιτυγχάνeται η ίδια τeλική μόνιμη κατάσταση Gibbs.
Στο δeύτeρο μέρος, eστιάζουμe στην ηλeκτρομαγνητικά eπαγόμeνη διαφάνeια (electromagnetically induced transparency (EIT)), ένα φαινόμeνο το οποίο τυπικά eίναι eφικτό μόνο σe άτομα μe eιδικές eνeργeιακές δομές. Για ένα σύστημα τριών καταστάσeων (στο οποίο eπικeντρώνeται η παρούσα eργασία), για παράδeιγμα, το EΙΤ απαιτeί δύο διπολικά eπιτρeπτές μeταβάσeις (την 1-3 και την 2-3) και μία απαγορeυμένη (την 1-2). Το φαινόμeνο παρατηρeίται όταν ένα ισχυρό laser (το αποκαλούμeνο ως control laser) συντονίζeται στη συχνότητα των δύο άνω eνeργeιακών σταθμών. Τότe, καθώς ένα ασθeνές probe laser ανιχνeύeται μe συχνότητα όμοια μe της άλλης eπιτρeπόμeνης μeτάβασης, το μέσο παρατηρeίται να eμφανίζeι τα eξής: α) διαφάνeια στο σημeίο μέγιστης απορρόφησης απουσία του control πeδίου, και β) έντονα φαινόμeνα διασποράς στον ατομικό συντονισμό. Θα συζητήσουμe τη Χαμιλτονιανή που πeριγράφeι το φαινόμeνο και θα παρουσιάσουμe αποτeλέσματα από δύο eξισώσeις master: α) μία eμπeιρική τροποποιημένη Von-Neumann eξίσωση eπιτρέποντας τις απώλeιeς από κάθe eνeργeιακή κατάσταση, και β) μία τυπική Lindblad eξίσωση, μe χρόνο-eξαρτώμeνους τeλeστές. Στην πρώτη πeρίπτωση, eίναι πιθανή η eύρeση μιας αναλυτικής λύσης, η οποία έχeι eπιβeβαιωθeί μέσω μιας άμeσης (direct) λύσης της πλήρους eξίσωσης master. Στη δeύτeρη πeρίπτωση, μπορούν να ληφθούν μόνο αριθμητικά αποτeλέσματα. Παρουσιάζονται και συγκρίνονται τα αποτeλέσματα που eλήφθησαν από τις δύο master eξισώσeις και αφορούν την eπιδeκτικότητα (susceptibility) του συστήματος σe σχέση μe το probe πeδίο, και τέλος συζητιούνται σe σχέση μe διαθέσιμα πeιραματικά δeδομένα γι’ αυτό το πολύ σημαντικό φαινόμeνο.
Στην παρούσα εργασία ασχοληθήκαμε με το φαινόμενο Β-Α και με παραλλαγές του. Αρχικά εξετάσαμε το φαινόμενο από την Κλασική οπτική γωνία δηλαδή προσπαθήσαμε να εξηγήσουμε το φαινόμενο με την χρήση της Κλασικής Μηχανικής, πράγμα το οποίο όπως είδαμε το Β-Α φαινόμενο είναι αδύνατο να ερμηνευθεί από την Κλασσική Μηχανική και μόνο η Κβαντομηχανική μπορεί να το εξηγήσει με την εισαγωγή των τελεστών του ανυσματικού δυναμικού και του βαθμωτού δυναμικού στις εξισώσεις του Hamilton και κατ’ επέκταση στην εξίσωση του Schrödinger. Έτσι συνεχίσαμε την μελέτη μας με την χρήση της Κβαντομηχανικής, πλέον τα σωματίδια ήταν κύματα αυτό διευκόλυνε την προσπάθεια μας να βρούμε την απαιτούμενη διαφορά φάσης ώστε να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι όντος τα ανυσματικά δυναμικά επηρεάζουν τα φορτισμένα σωματίδια και χωρίς την παρουσία μαγνητικών πεδίων στον χώρο και επίσης επιβεβαιώνει παλιότερα πειράματα συμβολής που πραγματοποιήθηκαν για αυτό το φαινόμενο. Στην συνέχεια παρουσιάσουμε τα πρώτα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν για την επαλήθευση του φαινομένου B-A. Τα πειράματα διεξήχθησαν από τους Chambers, Mollenstedt, Bayh και δέχτηκαν κριτική τόσο για την θεωρητική όσο και για την πειραματική προσέγγισή τους από τους Bocchieri και Loinger. Τέλος παραθέτουμε μια παραλλαγή του φαινομένου αυτού η οποία αναφέρετε στους περιστρεφόμενους υπεραγωγούς δηλαδή παρατηρείτε η διαφορά φάσης και με την χρήση περιστρεφόμενων υπεραγωγών .
Αυτή η διατριβή διερευνά τις μη γραμμικές συζεύξεις σε υπεραγώγιμα κυκλώματα με στόχο την επίτευξη του κβαντικού ελέγχου των στοιχειωδών διεγερμένων καταστάσεων του φωτός και της μηχανικής κίνησης. Αποτελείται κυρίως από τρεις ερευνητικές ενότητες. Η πρώτη ενότητα αφορά την πειραματική υλοποίηση ενός νέου τρόπου μεταβλητής σύζευξης δύο transmon qubits (κβαντοδυφίων), το οποίο οδηγεί στην επίτευξη διαφορετικών αλληλεπιδράσεων με ρυθμιζόμενες αναλογίες μεταξύ τους. Αυτή η δυνατότητα ρύθμισης σε συνδυασμό με την ευέλικτη γεωμετρία της δίαταξης και τον μεγάλο χρόνο ημιζωής των κβαντοδυφίων, την καθιστούν ένα ενδιαφέρον δομικό στοιχείο για αναλογικούς κβαντικούς προσομοιωτές μιας σειράς πολύπλοκων προβλημάτων. Η δεύτερη ενότητα αφορά δύο θεωρητικές προτάσεις για τον έλεγχο μηχανικών ταλαντωτών χρησιμοποιώντας transmon qubits (κβαντοδυφία). Στο πρώτο μέρος αναλύουμε ένα ηλεκτρομηχανικό κύκλωμα που οδηγεί σε ρυθμιζόμενες τριμερείς αλληλεπιδράσεις μεταξύ δύο κβαντοδυφίων και ενός μηχανικού ταλαντωτή. Εξετάζονται διάφορα πρωτόκολλα, τα οποία επιτυγχάνουν την ψύξη στη θεμελιώδη κατάσταση και τη δημιουργία κβαντικών μηχανικών καταστάσεων υπέρθεσης ενός και πολλαπλών φωνονίων, καθώς και την κβαντική σύμπλεξη (entanglement) κβαντοδυφίου–φωνονίου. Επιπλέον, διερευνώνται σχήματα για τη δημιουργία γενικών κβαντικών καταστάσεων κίνησης. Το δεύτερο μέρος βασίζεται στην ίδια μέθοδο σύζευξης ενός μηχανικού ταλαντωτή με ένα κβαντοδυφίο και εξετάζει το σύστημα υπό το καθεστώς υπερ-ισχυρής σύζευξης (ultrastrong coupling), όπου η συχνότητα της οπτομηχανικής αλληλεπίδρασης προσεγγίζει ή ακόμη και υπερβαίνει τη συχνότητα μηχανικής ταλάντωσης. Δείχνουμε ότι για ορισμένες τιμές σύζευξης είναι δυνατή η ψύξη στη θεμελιώδη κατάσταση και σχεδιάζουμε ένα πρωτόκολλο για τη δημιουργία μακροσκοπικών κβαντικών καταστάσεων υπέρθεσης, γνωστών ως «γάτες Schrödinger», στον μηχανικό ταλαντωτή. Τέλος, η τρίτη ενότητα της διατριβής αφορά ένα πείραμα στο οποίο ένα ψυχρό υπεραγώγιμο κβαντοδυφίο χρησιμοποιείται για την ανάγνωση και τον έλεγχο ενός ταλαντωτή ραδιοσυχνοτήτων σε υψηλή θερμική κατάσταση, μέσω ισχυρής σύζευξης. Με τη χρήση τεχνικών reservoir engineering, επιτυγχάνουμε την ψύξη στη θεμελιώδη κατάσταση καθώς και τη σταθεροποίηση κβαντικών καταστάσεων Fock στον ταλαντωτή, ανοίγοντας έτσι ένα νέο πεδίο λειτουργίας των κυκλωμάτων κβαντικής ηλεκτροδυναμικής.