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Univ. Paris-Saclay

Les sujets de thèses

2 sujets IRAMIS

Dernière mise à jour : 18-01-2021


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• Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique

 

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

SL-DRF-21-0422

Domaine de recherche : Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC)

Groupe Quantronique (GQ)

Saclay

Contact :

Emmanuel FLURIN

Denis VION

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Emmanuel FLURIN
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GQ

0622623862

Directeur de thèse :

Denis VION
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GQ

2 5529

Page perso : http://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=eflurin

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/gq/

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.
Expérience d’interférométrie de type "Hong-Ou-Mandel" dans le graphène

SL-DRF-21-0373

Domaine de recherche : Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC)

Groupe Nano-Electronique (GNE)

Saclay

Contact :

Preden Roulleau

Patrice ROCHE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Preden Roulleau
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GNE

0169087311

Directeur de thèse :

Patrice ROCHE
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GNE

0169087216

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/preden.roulleau/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/GNE/

Voir aussi : https://nanoelectronicsgroup.com/

Historiquement, l’expérience d’interférométrie de type "Hong-Ou-Mandel" a été réalisée afin d’obtenir des informations dans le domaine temporel des paquets d’onde du photon : une manière directe pour mesurer la largeur temporelle des paquets d’onde du photon. L’absence de détecteurs quadratiques pour mesurer l’autocorrélation en temps pour des niveaux de signaux aussi faibles a amené Hong, Ou et Mandel à considérer la cohérence du deuxième ordre g_2 (tau)=|Psi(x)¦Psi(x-tau)|^2 en faisant collisionner des photons émis par conversion paramétrique basse sur une lame séparatrice.



L’interférence entre deux particules indiscernables a comme conséquence que le recouvrement des paquets d’onde dépendra de la statistique des particules détectées. Après N_0 expériences, les fluctuations du nombre de particules sont données par Delta_N^2~(1±|Psi(x)¦Psi(x-v_F tau)|^2), avec un signe positif pour les bosons, négatif pour les fermions, tau étant la différence temporelle entre particules et v_F leur vitesse. Pour des états quantiques qui ne se recouvrent pas à large tau, on retrouve les fluctuations de deux particules indépendamment partitionnées. Pour tau nul (recouvrement total), la statistique bosonique double le bruit alors que la statistique fermionique l’annule. L’expérience Hong ou Mandel est maintenant un standard en optique quantique. La mise au point de lame séparatrices électroniques dans l’AsGa/AlGaAs combinée à l’utilisation de source d.c. et a.c. a permis de réaliser l’expérience Hong Ou Mandel avec des électrons [1,2].



Récemment, nous avons montré qu’il était possible de réaliser des lames séparatrices dans le graphène et d’obtenir un interféromètre de Mach Zehnder avec une visibilité record de 80% [3]. Sur le même principe, nous proposons une géométrie originale du type Hong Ou Mandel pour sonder pour la première fois la statistique des fermions dans le graphène.



Lors de ce stage, l’étudiant rejoindra une expérience en cours. En parallèle des calculs théoriques seront menés ainsi que des simulations numériques de collision d’électrons dans le graphène.



Ce sujet de thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet financé par l’ERC starting grant COHEGRPAH (2016).



[1] J. Dubois, T. Jullien, F. Portier, P. Roche, A. Cavanna, Y. Jin, W. Wegscheider, P. Roulleau, & D. C.Glattli , Nature 502, 659-663 (2013)

[2] E. Bocquillon et al., Science 339, 1054 (2013)

[3] Coherent manipulation of the valley in graphene, M. Jo, P. Brasseur, A. Assouline, W. Dumnernpanich, P. Roche, D.C. Glattli, N. Kumada, F.D. Parmentier, and P. Roulleau, soumis (https://arxiv.org/abs/2011.04958(2020))

 

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