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Sujet de stage / Master 2 Internship

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Hybrid quantum circuits coupling an electronic spin to a superconducting cavity.

Contact: VION Denis, , denis.vion@cea.fr, +33 1 69 08 73 41/55 29
Summary:
Master research internship to be followed by a PhD thesis in both univesities Paris-Saclay and Sherbrooke (Canada). The goal is to couple a single electronic spin to a superconducting cavity sufficiently strongly to manipulate and detect the spin, in two different experimental setups.
Possibility of continuation in PhD: Oui
Deadline for application:16/04/2018

Full description:
Le groupe Quantronique du CEA-Saclay et l’Institut quantique de l’Université de Sherbrooke collaborent à un projet de physique fondamentale visant à coupler un spin électronique unique à une cavité supraconductrice micro-onde. Deux approches seront explorées : Dans l’approche du Professeur M. Pioro-Ladrière de l’Institut quantique, le couplage spin-cavité sera médié par le degré de charge d’une double boîte quantique semi-conductrice. Le champ magnétique inhomogène créé par un micro-aimant à proximité de la double boîte permet d’obtenir une force de couplage spin-cavité de quelques MHz et de choisir, par design, entre un couplage purement longitudinal ou transverse [1]. La modulation paramétrique du couplage longitudinal sera utilisée afin d’étudier la possibilité d’effectuer une mesure non destructive du qubit de spin par la détection du signal sortant de la cavité supraconductrice [2]. Dans l’approche du groupe Quantronique, le couplage magnétique entre le spin d’une unique impureté dans un cristal et une cavité supraconductrice sera optimisé afin d’atteindre une fréquence caractéristique supérieure au kHz. Ce couplage devrait être suffisant pour détecter un spin électronique unique par une mesure homodyne de la cavité [3], réalisant ainsi la limite ultime de sensibilité de la résonance de spin. Nous recrutons donc un stagiaire de Master 2 prêt à poursuivre en 2018 une thèse en co-tutelle au CEA Université Paris-Saclay (18 mois) et à l’Université de Sherbrooke (18 mois).
Le candidat ayant de solide bases en physique quantique participera aux recherches en cours à son arrivé: conception de résonateurs micro-ondes pour couplage à un spin, fabrication et tests de tels résonateurs, ou mesures de circuits hybrides à ultra-basse température.
Le lieu du stage prévu est le CEA-Saclay, mais pourrait être éventuellement l’Institut quantique si le candidat le souhaite.

[1] F. Beaudoin, D. Lachance-Quirion, W. A. Coish et M. Pioro-Ladrière, Coupling a single electron spin to a microwave resonator: Controlling transverse and longitudinal couplings, Nanotechnology 27, 464003 (2016).
[2] P. Haikka, Y. Kubo, A. Bienfait, P. Bertet et K. Molmer, Proposal for detecting a single electron spin in a microwave resonator, Physical Review A 95, 22306 (2017).
[3] A. Bienfait et al., Reaching the quantum limit of sensitivity in electron spin resonance, Nature Nanotechnology 11, 253–257 (2016).
Technics/methods used during the internship:
Microwave simulators, cleanroom, electrical measurements at low temperature

Laboratory
Tutor of the internship

 

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