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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-21-0422

DOMAINE DE RECHERCHE
Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique / Défis technologiques
INTITULÉ DU SUJET Français English

Détection d'un spin électronique individuel pour le calcul quantique supraconducteur hybride

RÉSUMÉ DU SUJET

Cette thèse fait partie d'un projet de recherche visant à utiliser les impuretés piégées dans les solides sous forme de bits quantiques intégrés dans des processeurs quantiques supraconducteurs en tant que mémoire de très haute-fidélité.

Les défauts cristallins du silicium et du diamant peuvent être appréhendés comme des ions naturellement piégés dans un environnement cristallin inerte proche du vide. Du fait de leur immobilité et de leur isolement dans le réseau cristallin, les spins électroniques et nucléaires de ces ions présentent d'excellents temps de cohérence, allant de quelques secondes pour les électrons à quelques heures pour les noyaux. Ces systèmes sont donc d'excellents candidats pour le codage d'informations quantiques. D'autre part, les circuits supraconducteurs constituent l'une des plateformes technologiques les plus performantes pour le calcul quantique. Les bits quantiques sont codés dans des oscillateurs électromagnétiques artificiels, ils sont facilement contrôlables et intégrables. Cependant leur temps de cohérence n'excède pas quelques centaines de microsecondes et leur fabrication n'est pas suffisamment reproductible, c'est l'une des principales barrières au développement de processeurs de plus de 100 qubits.

Notre groupe, pionnier des circuits supraconducteurs, est engagé dans un projet de recherche à long terme qui vise à interfacer les circuits avec le spin électronique et nucléaire d'un défaut cristallin unique pour allier la robustesse des éléments naturels à l'intégrabilité des circuits artificiels. Le stage est basé sur les résultats récents de notre équipe. Pour la première fois, nous avons démontré la détection d'un petit ensemble de spin (100-1000 spins) avec un détecteur de photons hyperfréquence basé sur un processeur de qubit supraconducteur. Notre nouveau type de détecteur de micro-ondes nous a permis d'atteindre une sensibilité sans précédent dépassant la limite quantique standard et a ouvert la voie à la détection et au contrôle des spins individuels pour l'intégration de l'informatique quantique.

L'objectif sera dans un premier temps d'optimiser le couplage entre le circuit et un spin unique piégé dans le réseau silicium et dans un second temps de détecter avec succès l'unique photon hyperfréquence généré par la désexcitation du spin électronique. Ce photon unique sera capturé et détecté sur la base d'un qubit supraconducteur de type transmon, élément clé du processeur quantique supraconducteur, jetant ainsi les bases de cette nouvelle architecture.

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut rayonnement et matière de Saclay
Service de Physique de l’Etat Condensé
Groupe Quantronique
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/09/2021
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Emmanuel FLURIN  

CEA
DRF/IRAMIS/SPEC/GQ
Groupe Quantronique
SPEC/CEA Saclay
91191 Gif-sur-Yvette CEDEX

Téléphone : +33 6 22 62 38 62

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
Physique en Île-de-France (EDPIF)
DIRECTEUR DE THÈSE

Denis VION

CEA
DRF/IRAMIS/SPEC/GQ
Bat 772
CEA/Saclay