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Sujet de stage / Master 2 Internship

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Vers le calcul quantique hybride : des circuits supraconducteurs aux spins nucléaires

Spécialité : PHYSIQUE / Physique théorique, mécanique quantique

Contact : FLURIN Emmanuel,
e-Mail : emmanuel.flurin@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 04 93
Laboratoire : SPEC/GQ

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-3 mois
Date limite de constitution de dossier : 21/03/2019

Résumé :
Le stage s'inscrit dans un projet de recherche visant à utiliser des impuretés piégées dans les solides comme des bits quantiques pouvant être intégrés comme mémoire de très haute fidélité pour les processeurs quantiques supraconducteurs.

Sujet détaillé :
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 la maille cristalline, les spins électroniques et nucléaires de ces ions présentent d’excellents temps de cohérence, allant de quelques secondes pour les électrons jusqu’à quelques heures pour les noyaux. Ces systèmes sont ainsi d’excellents candidats pour encoder de l’information quantique.
D’autre part, les circuits supraconducteurs constituent une des plateformes technologiques les plus abouties du calcul quantique. Les bits quantiques sont encodés dans des oscillateurs électromagnétiques conçus sur mesure, ils sont facilement contrôlables et intégrables mais leur temps de cohérence ne dépasse pas quelques dizaines de microsecondes et leur fabrication est peu reproductible, ce qui constitue une des barrières pour le développement de processeurs de plus de 10 qubits.
Notre groupe, pionnier des circuits supraconducteurs, est engagé dans un projet de recherche de long terme, qui vise à interfacer ces circuits avec le spin électronique et nucléaire d’uniques défauts cristallins et ainsi d’allier la robustesse des éléments naturels avec l’intégrabilité des circuits artificiels.

Le stage s’appuie sur des résultats récents de notre équipe démontrant le couplage de circuits supraconducteurs à un faible nombre de spins. Il s’agira d’optimiser le couplage entre le circuit et un unique spin piégé dans une matrice de diamant ou de silicium afin de réussir à détecter l’unique photon micro-onde généré par la désexcitation du spin électronique. Ce photon unique sera capté au moyen d’un qubit supraconducteur de type transmon, élément clé du processeur quantique supraconducteur, jetant ainsi les bases de cette nouvelle architecture.

Techniques utilisées au cours du stage :
Ce stage expérimental sera co-encadré par deux chercheurs permanents experts du domaine, conjointement avec un étudiant en thèse travaillant sur le sujet. Il constituera une solide introduction aux technologies quantiques supraconductrices et à la physique des défauts dans les solides, comprenant la conception et fabrication de circuits quantiques ainsi que la mesure micro-onde aux températures cryogéniques (10 mK).

Mots clés : Circuit supraconducteur

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