Effets de la mesure sur la dynamique d’un circuit quantique
Hugues Pothier, Marcelo Goffman et Cristian Urbina SPEC/GQ : tél : 01.69.08/55.29.
Comment mesurer un état quantique efficacement mais de manière aussi peu invasive que possible ? Cette question a été abordée par le groupe Quantronique du SPEC, avec des expériences sur des circuits quantiques supraconducteurs dans lesquels l’équipe a observé comment la dynamique des transitions entre états quantiques était affectée par des mesures d’intensité variable. Les états quantiques sondés sont des états localisés dans des contacts à un seul atome obtenus en étirant un pont suspendu en aluminium. Ces états peuvent être mesurés par l’amplitude des signaux en phase (I) et en quadrature (Q) d’un signal micro-onde réfléchi par un résonateur auquel le système est couplé. Le résultat est représenté par un point dans le plan complexe. En mesurant en continu, on obtient des nuages de points dont les poids relatifs révèlent les occupations statistiques des états. En augmentant l’amplitude du signal microonde, les nuages se séparent de plus en plus, mais on observe que le poids relatif des nuages varie avec l’amplitude de mesure, ce qui trahit une in- fluence de la mesure sur la dynamique des transitions entre états.
Contact atomique couplé à un résonateur microonde, et mesures de ses états quantiques à des intensités de mesure α0 variables. (I,Q) : Amplitude en phase (I) et en quadrature (Q) des signaux micro-ondes réfléchis par le résonateur.
L’analyse de longues mesures continues permet de quanti- fier cet effet afin d’optimiser les paramètres de mesure pour atteindre le meilleur compromis entre fidélité et discrimination.
Effects of measurement power on state discrimination and dynamics in a circuit-QED experiment
L. Tosi, I. Lobato, M. F. Goffman, C. Metzger, C. Urbina, and H. Pothier, Phys. Rev. Research 6 (2024) 023299 – Preprint arXiv: 2310.04556
Contact CEA : Hugues Pothier, Marcelo Goffman et Cristian Urbina, SPEC/GQ
Brèves des labos
SAM suffit ?
Comparé aux rayons X, les neutrons sont diffusés par les éléments légers, et la diffusion de neutrons aux petits angle (SANS) est ainsi une technique incontournable pour l’étude de la matière molle, sans ordre cristallin à longue distance. SAM (Small-Angle Modular Instrument) est le nouvel appareil de diffusion de neutrons aux petits angle du LLB localisé sur une ligne CRG à l’ILL (Institut Laue Langevin) à Grenoble, Pour sa première ouverture aux utilisateurs lors de la session d’automne de l’appel à proposition d’expériences de la 2FDN (Fédération Française de la neu- tronique), 74 jours d’expérience sur l’appareil ont été demandés, pour une offre limitée à 28 jours possibles. Un succès qui illustre le besoin en diffusion neutronique de la communauté française et européenne.
Plateforme SIRIUS : de 2024 à 2025…
La journée annuelle SIRIUS 2024 a rassemblé une vingtaine de participants du LSI et leurs partenaires européens. À cette occasion, Berit Goodge, du Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids» de Dresde a donné une conférence invitée sur le sujet : « Unconventional pairing symmetry in super- conducting nickelates ». Cette journée a permis d’échanger sur les résultats scientifiques de l’année obtenus sur la plateforme, et de présenter les projets à venir sur l’année 2025. Une rencontre qui s’est révélée fructueuse par les échanges entre les différentes thématiques (défauts dans les oxydes, polymères, magnétisme, métal étrange, minéraux phosphatés, perovskites organiques…), autour des techniques d’irradiation électronique de la plateforme SIRIUS du LSI.
Contact : Antonino Alessi LSI –
Jeune chercheur
Antoine Roll a effectué ses études de licence et master de physique à Sorbonne Université (Paris). Son stage de fin d’étude, encadré par Sylvain Petit au LLB, a porté sur des calculs de champ moyen et Monte Carlo. Sa thèse expérimentale, centrée sur la diffusion de neutrons, des expériences d’absorption et de diffraction de rayons X, ainsi que de spectroscopie infrarouge sur synchrotron, a été réalisée en collaboration entre le LLB et le LPS d’Orsay, sous la co-direction de Sylvain Petit et de Victor Balédent.
Spectroscopie et dynamique de spin des systèmes frustrés : des pnictures aux pyrochlores
La thèse d’Antoine Roll, soutenue le 22 novembre, porte sur l’étude des systèmes frustrés magnétiques à l’aide de la diffusion inélastique des neutrons polarisés et non polarisés. Le magnétisme frustré regroupe un ensemble de composés où les interactions magnétiques ne peuvent pas être toutes minimisées simultanément en raison de la géométrie particulière du réseau. Il en résulte une dégénérescence de l’état fondamental, pouvant mener à des états exotiques de la matière. Sensible au magnétisme, la diffusion inélastique de neutrons est une sonde directe des excitations magnétiques présentes au sein d’un matériau. La figure montre la dynamique de spin au sein du composé Tb2Ti2O7, un pyrochlore qui présente un état de liquide de spin ne possédant aucun ordre à très basse température. À partir de la diffusion inélastique en temps de vol sur monocristal, la dispersion du premier état excité, due aux interactions magnétiques, a pu être mesurée selon différentes directions de l’espace réciproque (figures a, c, e et g). Des calculs numériques utilisant la méthode de champ moyen dans l’approximation de la phase aléatoire (RPA), permettent de bien reproduire l’excitation observée selon les 4 directions (figures b, d, f et h), ce qui permet d’en déduire un modèle effectif d’interactions pour le système étudié.
S(q,W) d’un monocristal de Tb2Ti2O7 mesurée (à gauche) à 1.5 K et calculée (à droite).
Une autre manière d’étudier les excitations magnétiques est d’utiliser les rayons X, notamment par des techniques de diffusion analogues aux neutrons, notamment la diffusion résonnante inélastique des rayons X. Coupler cette méthode résolue en temps, par la technique XFEL (pour laser à électrons libres de rayons X), permet d’étudier de manière inédite les excitations résolues en temps, allant des liquides de spin aux cuprates. C’est en partie sur ce second aspect qu’Antoine Roll va poursuivre ses recherches en post-doctorat avec l’équipe X-rays du Brookhaven National Laboratory à Uptown, USA.
[1] Magnetic interactions in the cooperative paramagnet Tb2Ti2O7
A. Roll, V. Balédent, J. Robert, J. Ollivier, C. Decorse, S. Guitteny, I. Mirebeau et S. Petit, Physical Review Research, 6(4) (2024) 043011.
Contact : Antoine Roll (LLB/NFMQ), tél : 01.69.08.53.74,
Directeur de la publication : F. Daviaud – Comité de rédaction : L. Barbier, G. de Loubens – Réalisation : C. Becquet.
