CEA |   |   |   |   |   |   | webmail : intra - extra |  Accès VPN-SSL | Contact | English
 / 
 / 

Les stages

PDF

Sauts quantiques et piégeage de quasiparticules dans des contacts atomiques supraconducteurs
Quantum jumps and quasiparticle trapping in superconducting one-atom contacts

Spécialité

Physique de la matière condensée

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

31-03-2017

Durée

2 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

POTHIER Hugues
+33 1 69 08 55 29

Résumé/Summary

Nous proposons de mesurer en temps réel l'occupation d’un état de quasiparticule unique au sein d'un supraconducteur
We propose to measure in real time the occupation of a single quasiparticle state within a superconductor.

Sujet détaillé/Full description

Peut-on mesurer en temps réel les variations de l'occupation d'un état de quasiparticule unique au sein d'un supraconducteur, et comprendre cette dynamique ? Nous avons récemment démontré que, bien qu'un supraconducteur homogène soit constitué de paires d'électrons délocalisées et entremêlés, les paires de Cooper, des états localisés apparaissent dans des contacts à un seul atome [1]. L'occupation de ces états fermioniques par 0, 1 ou 2 quasiparticules a été détecté en utilisant les techniques d'électrodynamique quantique en cavité [2], avec des mesures proches de la limite QND (Quantum Non-Demolition : mesures quantiques non-destructives). On observe des sauts quantiques entre les états à 0 et 2 quasiparticules, qui correspondent aux deux états possibles d'une paire de Cooper localisée. De fréquents changements de parité (transitions entre 0 et 1, ou 1 et 2 quasiparticules) sont dus au piégeage ou au dépiégeage de quasiparticules individuelles. Nous proposons de mettre au point une expérience dans laquelle cette dynamique est ralentie, avec un système de détection amélioré atteignant la limite QND, pour caractériser les processus individuels à partie d'une mesure continue de l'occupation.

Lors du stage l'étudiant(e) développera sa compréhension de la mécanique quantique, et apprendra des techniques variées : la nanofabrication, les basses températures, les mesures bas-bruit et les mesures microonde. Il/elle sera intégrée dans un groupe de recherche actif dans le domaine de l'électronique quantique.

[1] L. Bretheau et al., “Exciting Andreev pairs in a superconducting atomic contact”
Nature 499, 312 (2013). arXiv:1305.4091
[2] C. Janvier et al., “Coherent manipulation of Andreev states in superconducting atomic contacts”
Science 349, 1199 (2015), arXiv:1509.03961
Can one measure in real time the changes in the occupation of a single quasiparticle state within a superconductor, and understand this dynamics? We have shown recently that although bulk superconductors consist in an assembly of delocalized and overlapping pairs of electrons, the Cooper pairs, localized states arise at atomic-size contacts [1]. The occupation of these fermionic states with 0, 1, or 2 quasiparticles was detected using circuit quantum electrodynamics techniques [2], with a measurement almost at the quantum non-demolition (QND) limit. One observes quantum jumps between states with 0 and 2 quasiparticles, which correspond to the two possible states of a localized Cooper pair. In addition, frequent changes in the parity (transitions between 0 and 1, or 1 and 2) are found in the experiment, due to the trapping or the un-trapping of single quasiparticles. We propose to design an experiment in which this dynamics is slowed down, with an improved detection scheme reaching the QND limit. This will allow characterizing the individual processes from a continuous measurement of the occupation.

During the internship, the student will be integrated in an active research group on quantum electronics and will acquire several techniques: nanofabrication, low temperatures, low-noise and microwave measurements.

[1] L. Bretheau et al., “Exciting Andreev pairs in a superconducting atomic contact”
Nature 499, 312 (2013). arXiv:1305.4091
[2] C. Janvier et al., “Coherent manipulation of Andreev states in superconducting atomic contacts”
Science 349, 1199 (2015), arXiv:1509.03961

Mots clés/Keywords

supraconductivité, bits quantiques
superconductivity, qubits

Compétences/Skills

nanofabrication, basses températures, mesures bas-bruit, mesures microonde
nanofabrication, low temperatures, low-noise and microwave measurements

Logiciels

Python, Matlab, Mathematica

 

Retour en haut