Kvanttilaskenta kiertävillä mikroaaltofotoneilla

Microwave photons in superconducting circuits is a promising approach for quantum computing due to long coherence times and the easy controllability of superconducting devices. However, as the search of the ultimate design of a quantum computer is still ongoing, various suggestions for the realization of a quantum bit, qubit, exist even in the area of superconducting circuits. In this thesis, we study theoretically quantum computing using itinerant microwave photons as qubits. Basic tools for treating the reflection of wave packets and the noise generated by resistive elements in a circuit are derived starting from a widely used model for superconducting transmission lines. We also present simple quantum devices that can act as quantum gates for microwave qubits, including a novel suggestion for a tunable phase shifter. A tunable phase shifter is a useful component in the study of microwave photons in general as well as in quantum computing. The tunable phase shifter consists of three superconducting quantum interference devices (SQUIDs) that can be treated as tunable inductors in the low-power regime. The results of this thesis can be used both in applications related to quantum computing and in the general study of quantum mechanics in circuits. In particular, we conclude that there exist feasible system parameters, for which it should be possible to demonstrate the tunable phase shifter utilizing available experimental techniques. We also show the principle how the possible nonlinearity of the phase shifter can be used in a two-qubit gate providing interactions between microwave photons.Mikroaaltofotonien käyttö suprajohtavissa piireissä on pitkien koherenssiaikojen ja suprajohtavien laitteiden hallittavuuden ansiosta lupaava lähestymistapa kvanttilaskennalle. Kvanttitietokoneen lopullinen rakenne ei ole vielä tiedossa, ja myös suprajohtavissa piireissä on esitetty useita vaihtoehtoja kvanttibitin, kubitin, toteuttamiseksi. Tässä työssä tutkimme teoreettisesti kiertävien mikroaaltofotonien käyttöä kvanttilaskennassa. Johdamme yleisestä suprajohtavan siirtolinjan mallista lähtien perustyökaluja aaltopakettien heijastumisen ja resistiivisistä komponenteista aiheutuvan kohinan käsittelyyn. Esittelemme myös yksinkertaisia kvanttilaitteita, joita voidaan käyttää kvanttiportteina mikroaaltokubiteille. Yksi laitteista on uudenlainen säädettävä vaiheensiirrin, jota voidaan käyttää kvanttilaskennan lisäksi myös yleisesti mikroaaltofotonien tutkimiseen. Säädettävä vaiheensiirrin koostuu kolmesta suprajohtavasta kvantti-interferenssilaitteesta (SQUIDistä), joita voidaan matalilla tehoilla käsitellä säädettävinä induktoreina. Työn tuloksia voidaan käyttää sekä kvanttilaskentaan liittyvissä sovelluksissa että yleisesti kvanttimekaniikan tutkimiseen virtapiireissä. Näytämme työssä, että on olemassa kokeellisesti toteutettavissa olevat parametrit, joilla säädettävän vaiheensiirtimen toiminta voidaan osoittaa tällä hetkellä käytettävissä olevilla kokeellisilla tekniikoilla. Näytämme myös, miten vaiheensiirtimen mahdollista epälineaarisuutta voidaan käyttää kaksikubittiportissa, joka mahdollistaisi mikroaaltofotonien välisen vuorovaikutuksen

The LPGPU2 Project: Low-Power Parallel Computing on GPUs : Extended Abstract

The LPGPU2 project is a 30-month-project (Innovation Action) funded by the European Union. Its overall goal is to develop an analysis and visualization framework that enables GPU application developers to improve the performance and power consumption of their applications. To achieve this overall goal, several key objectives need to be achieved. First, several applications (use cases) need to be developed for or ported to low-power GPUs. Thereafter, these applications need to be optimized using the tooling framework. In addition, power measurement devices and power models need to be developed that are 10x more accurate than the state of the art. The project consortium actively promotes open vendor-neutral standards via the Khronos group. This paper briefly reports on the achievements made in the first half of the project, and focuses on the progress made in applications; in power measurement, estimation, and modelling; and in the analysis and visualization tool suite.EC/H2020/688759/EU/Low-Power Parallel Computing on GPUs 2/LPGPU

The Development of Anatomical Features in Larval Fish in Conjunction with the Onset of Exogenous Feeding

Observations were made on the appearance and development of anatomical features such as neural receptors (free neuromasts and taste buds), lateral line canals and bone elements of the mandibular and hyoid regions of the skull associated with the larval stages of the spotted bass (Micropterus punctulatus) and northern hog sucker (Hypentelium nigricans). The results were related to known feeding habits and habitat selection. Free neuromast development and appearance of the lateral line canal system in the spotted bass preceded that of the northern hog sucker. This accelerated development of the spotted bass was related to earlier activity in feeding, including piscivory, and presence among emergent shoreline vegetation. The northern hog sucker was more sedate in occupying quiet rock-outcrop shoreline areas. It was found to exhibit more diverse feeding habits. Taste buds played a secondary role in early larval ecology being present throughout all developmental stages and showed little importance in early feeding compared to free neuromasts. The taste buds present on the hyoid region of the northern hog sucker indicated a future bottom feeding habit. The teeth on the basihyal and jaw bones of the spotted bass larvae supported its early predaceous habit. The development of jaws in the northern hog sucker at the start of the mesolarval stage was the most important developmental feature relating to the onset of exogenous feeding

ENGINEERING GEOLOGICAL CONDITIONS OF THESSALONIKI BASIN FOR UNDERGROUND WORKS

Κατά το σχεδιασμό και την κατασκευή υπόγειων τεχνικών έργων σε αστικό περιβάλλον, συναντώνται διάφορες γεωλογικές προκλήσεις. Ένα χρήσιμο εργαλείο για την εκτίμηση της γεωλογικής επικινδυνότητας και τεχνικογεωλογικής απόκρισης των σχηματισμών κατά μήκος της σήραγγας αποτελεί η δημιουργία μιας καλά δομημένης βάσης δεδομένων, ικανή να αποθηκεύει, διαχειρίζεται, αναλύει και συσχετίζει ένα σημαντικό αριθμό γεωλογικών και τεχνικογεωλογικών δεδομένων. Τα δεδομένα που εισάγονται σ’ αυτήν προέρχονται από ένα σύνολο γεωτρήσεων και αναφέρονται σε γεωλογικές και τεχνικογεωλογικές πληροφορίες, εργαστηριακές και επί τόπου δοκιμές που έχουν εκτελεστεί στους Τεταρτογενείς και Νεογενείς σχηματισμούς που συναντώνται στην περιοχή έρευνας. Μέσω της επεξεργασίας και αξιολόγησης των πληροφοριών εξάγονται ενδεικτικά φάσματα φυσικών και μηχανικών παραμέτρων για τους διαφορετικούς σχηματισμούς που συναντώνται. Παράλληλα, η μελέτη επικεντρώνεται σε συγκεκριμένες περιοχές εντός της λεκάνης της Θεσσαλονίκης, εστιάζοντας στις επί τόπου συνθήκες αυτών, με την κατασκευή μηκοτομών. Σκοπός αυτής της διαδικασίας, εκτός από την ενσωμάτωση νέων δεδομένων, είναι να παρέχει ένα εργαλείο για την μετατροπή αυτών σε χρήσιμες πληροφορίες προκειμένου να εκτιμηθεί η γεωλογική κατάσταση και τεχνικογεωλογική συμπεριφορά των σχηματισμών στα υπόγεια έργα.The design and construction of underground works in an urban environment, face several geological challenges. The construction of a well-structured database, able to store, manage, analyse and correlate a large amount of geological and geotechnical data, is a powerful tool towards the geological hazard assessment and the geotechnical characterisation of the formations along a tunnel. The data processed by the database are based on borehole geological information, laboratory testing, geotechnical characterisation and in situ field tests, mainly executed in the quaternary and neogene soil formations that are met along the studied area. The processing and assessment of the information, leads to the identification of useful value ranges for several physical and mechanical parameters. The study also focuses in specific areas within the basin of Thessaloniki, highlighting the in situ conditions, by the construction of longitudinal profiles. The purpose of that process, besides incorporating new data, is to provide a tool for turning data into useful information in order to estimate the geological situation and geotechnical behavior of formations in underground works

Enabling GPU software developers to optimize their applications – The LPGPU2approach

Low-power GPUs have become ubiquitous, they can be found in domains ranging from wearable and mobile computing to automotive systems. With this ubiquity has come a wider range of applications exploiting low-power GPUs, placing ever increasing demands on the expected performance and power efficiency of the devices. The LPGPU 2 project is an EU-funded, Innovation Action, 30-month-project targeting to develop an analysis and visualization framework that enables GPU application developers to improve the performance and power consumption of their applications. To this end, the project follows a holistic approach. First, several applications (use cases) are being developed for or ported to low-power GPUs. These applications will be optimized using the tooling framework in the last phase of the project. In addition, power measurement devices and power models are devised that are 10× more accurate than the state of the art. The ultimate goal of the project is to promote open vendor-neutral standards via the Khronos group. This paper briefly reports on the achievements made in the first phase of the project (till month 18) and focuses on the progress made in applications; in power measurement, estimation, and modelling; and in the analysis and visualization tool suite.EC/H2020/688759/EU/Low-Power Parallel Computing on GPUs 2/LPGPU

ENGINEERING GEOLOGICAL CONDITIONS OF THESSALONIKI BASIN FOR UNDERGROUND WORKS

Κατά το σχεδιασμό και την κατασκευή υπόγειων τεχνικών έργων σε αστικό περιβάλλον, συναντώνται διάφορες γεωλογικές προκλήσεις. Ένα χρήσιμο εργαλείο για την εκτίμηση της γεωλογικής επικινδυνότητας και τεχνικογεωλογικής απόκρισης των σχηματισμών κατά μήκος της σήραγγας αποτελεί η δημιουργία μιας καλά δομημένης βάσης δεδομένων, ικανή να αποθηκεύει, διαχειρίζεται, αναλύει και συσχετίζει ένα σημαντικό αριθμό γεωλογικών και τεχνικογεωλογικών δεδομένων. Τα δεδομένα που εισάγονται σ’ αυτήν προέρχονται από ένα σύνολο γεωτρήσεων και αναφέρονται σε γεωλογικές και τεχνικογεωλογικές πληροφορίες, εργαστηριακές και επί τόπου δοκιμές που έχουν εκτελεστεί στους Τεταρτογενείς και Νεογενείς σχηματισμούς που συναντώνται στην περιοχή έρευνας. Μέσω της επεξεργασίας και αξιολόγησης των πληροφοριών εξάγονται ενδεικτικά φάσματα φυσικών και μηχανικών παραμέτρων για τους διαφορετικούς σχηματισμούς που συναντώνται. Παράλληλα, η μελέτη επικεντρώνεται σε συγκεκριμένες περιοχές εντός της λεκάνης της Θεσσαλονίκης, εστιάζοντας στις επί τόπου συνθήκες αυτών, με την κατασκευή μηκοτομών. Σκοπός αυτής της διαδικασίας, εκτός από την ενσωμάτωση νέων δεδομένων, είναι να παρέχει ένα εργαλείο για την μετατροπή αυτών σε χρήσιμες πληροφορίες προκειμένου να εκτιμηθεί η γεωλογική κατάσταση και τεχνικογεωλογική συμπεριφορά των σχηματισμών στα υπόγεια έργα.The design and construction of underground works in an urban environment, face several geological challenges. The construction of a well-structured database, able to store, manage, analyse and correlate a large amount of geological and geotechnical data, is a powerful tool towards the geological hazard assessment and the geotechnical characterisation of the formations along a tunnel. The data processed by the database are based on borehole geological information, laboratory testing, geotechnical characterisation and in situ field tests, mainly executed in the quaternary and neogene soil formations that are met along the studied area. The processing and assessment of the information, leads to the identification of useful value ranges for several physical and mechanical parameters. The study also focuses in specific areas within the basin of Thessaloniki, highlighting the in situ conditions, by the construction of longitudinal profiles. The purpose of that process, besides incorporating new data, is to provide a tool for turning data into useful information in order to estimate the geological situation and geotechnical behavior of formations in underground works