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Sujet de stage / Master 2 Internship

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Stabilsation d'un état de Fock dans un circuit Josephson polarisé en tension

Spécialité : PHYSIQUE / Physique de la matière condensée

Contact : PORTIER Fabien,
e-Mail : fabien.portier@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 72 16/74 75
Laboratoire : SPEC/GNE

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-3 mois
Date limite de constitution de dossier : 06/04/2018

Résumé :
Nous couplerons une jonction Josephson polarisée en tension à deux résonateurs micro-ondes: l'un fortement couplé et l'autre étant un mode 'poubelle' , faiblement couplé et de durée de vie courte. Si l'énergie d'une paire de Cooper transmise par la jonction correspond à la somme des énergies d'un photon dans des deux modes, ce dispositif stabilise l'état Fock à un photon dans le mode fortement couplé.

Sujet détaillé :
Ce projet appartient au domaine très actif des micro-ondes quantiques avec des circuits à base de jonctions Josephson. Nous souhaitons montrer que, en concevant de manière astucieuse l'environnement électromagnétique d'une jonction Josephson polarisée en tension continue, on peut stabiliser un état Fock d'un résonateur micro-ondes. Le dispositif impliqué dans ce projet est le suivant: une jonction Josephson est couplée à deux résonateurs de fréquence ν1, ν2 et polarisée à une tension V. Comme la jonction Josephson est un élément non dissipatif, un courant continu ne circule dans le circuit que si 2eV = n1 hν1 + n2 hν2, de sorte que l'énergie fournie par le générateur lors du transfert d'une paire Cooper est convertie en excitations électromagnétiques des résonateurs. Le but de ce stage est de démontrer que ce dispositif peut être utilisé pour stabiliser l'état Fock à un photon dans l'un des résonateurs: en augmentant le couplage du résonateur 1 à la jonction, on entre dans un régime où la transition de | 1> vers | 2> est supprimée. Pour 2eV = hν1, ce blocage ne stabilise pas l'état | 1> , car une paire de Cooper peut remonter la tension de polarisation, avec une transition de | 1> vers |0> . Pour supprimer cette possibilité, nous allons utiliser un deuxième mode comme poubelle, en lui donnant une durée de vie très courte. En réglant la tension à 2eV = hν1 + hν2: une paire de Cooper passe par effet tunnel à travers la jonction, émettant un photon dans chacun des deux résonateurs, le mode 2 se vide rapidement et, par conséquent, le passage en sens inverse d'une paire de Cooper est supprimé par conservation de l'énergie, stabilisant l'état Fock | 1> dans le premier mode. Le stagiaire sera impliqué dans toutes les étapes de l'expérience: la conception de l'échantillon, sa fabrication par nanolithographie, son refroidissement par un réfrigérateur à dilution et la caractérisation du rayonnement par des mesures hyperfréquences à très faible bruit. Toutes ces techniques sont bien maîtrisées par notre groupe.

1 M. Westig et al., Phys Rev Lett 119, 137001 (2017)
2 P. P. Hofer, J.-R. Souquet, et A. A. Clerk, Phys. Rév. B 93, 041418 (2016)
Techniques utilisées au cours du stage :
Nanofabrication, cryogénie, électronique à bas bruit

Mots clés :

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