CEA
CNRS
Univ. Paris-Saclay

Service de Physique de l'Etat Condensé

2 sujets /SPEC/GQ

Dernière mise à jour : 10-08-2022


 

Détection d'un unique ion terre rare par un compteur de photon micro-onde basé sur un qubit supraconducteur

SL-DRF-22-0389

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

Patrice BERTET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Emmanuel FLURIN
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GQ

0622623862

Directeur de thèse :

Patrice BERTET
CEA - DRF/IRAMIS

0169085529

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/emmanuel.flurin/

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

Le sujet de thèse s'inscrit dans le cadre d'un vaste projet de recherche mené par notre groupe. Nous combinons deux types de dispositifs quantiques, à savoir les circuits quantiques supraconducteurs et les spins dans les solides, pour des applications à la détection ultra-sensible par résonance magnétique et l'informatique quantique. Les expériences sont réalisées à des températures cryogéniques (10mK), pour supprimer le bruit thermique aux fréquences de l'ordre du Gigaherz. L'un de nos principaux objectifs est de démontrer la spectroscopie par résonance magnétique avec la sensibilité d'un seul spin, ce qui ouvrirait des perspectives totalement nouvelles pour ces domaines.



Pour cela, nous couplons le spin à un résonateur supraconducteur à haut facteur de qualité à environ 7GHz, afin de collecter efficacement le rayonnement émis et de le coupler dans le guide d'ondes de détection. Un spin n'émet qu'un seul photon lorsqu'il relaxe dans son état fondamental [1] ; il est donc nécessaire de détecter les photons micro-ondes individuels émis de manière aléatoire, ce qui n'était pas possible jusqu'à très récemment. Nous avons développé un tel détecteur de photons micro-ondes individuels (SMPD) basé sur un qubit transmon supraconducteur, et nous avons apporté la preuve de principe que ce dispositif peut être utilisé pour détecter des spins [2]. Dans cette expérience cependant, la sensibilité n'était suffisante que pour détecter 1000 spins dans une séquence expérimentale, car elle était limitée par les imperfections du SMPD et du dispositif de spin.



L'objectif du de la thèse est d'atteindre la sensibilité d'un seul spin. Pour cela, nous améliorerons les performances du SMPD par une meilleure conception et une meilleure fabrication. Nous augmenterons également la vitesse à laquelle le spin émet un photon, en utilisant des ions Erbium dans une matrice CaWO4 [3], qui ont un grand moment magnétique.



Méthodes et techniques : Fabrication d'échantillons (salle blanche). Conception et mesures des micro-ondes. Cryogénie (10mK). Circuit QED et physique du spin.



Références :

[1] “Controlling Spin Relaxation with a Cavity” A. Bienfait, J.J. Pla, Y. Kubo, X. Zhou, M. Stern, C.C Lo, C.D. Weis, T. Schenkel, D. Vion, D. Esteve, J.J.L. Morton, and P. Bertet, Nature 531, 74 (2016).

[2] “Detecting spins with a microwave photon counter”, E. Albertinale, L. Balembois, E. Billaud, V. Ranjan, D. Flanigan, T. Schenkel, D. Estève, D. Vion, P. Bertet, E. Flurin, arXiv:2102.01415, to appear in Nature (2021)

[3] “Twenty-three millisecond electron spin coherence of erbium ions in a natural-abundance crystal”, M. Le Dantec, M. Rancic, S. Lin, E. Billaud, V. Ranjan, D. Flanigan, S. Bertaina, T. Chanelière, P. Goldner, A. Erb, R. Liu, D. Estève, D. Vion, E. Flurin, P. Bertet, arXiv:2106.14974, to appear in Science Advances (2021)



Qubit fermioniques-bosoniques

SL-DRF-22-0857

Domaine de recherche : Physique mésoscopique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC)

Groupe Quantronique (GQ)

Saclay

Contact :

Marcelo GOFFMAN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-01-2023

Contact :

Marcelo GOFFMAN
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GQ

0169085529

Directeur de thèse :

Marcelo GOFFMAN
CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/GQ

0169085529

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/marcelo.goffman/

Labo : https://iramis.cea.fr/spec/GQ/

L'une des architectures les plus prometteuses dans le traitement de l'information quantique à grande échelle est celle basée sur les qubits électrodynamiques (bosoniques) supraconducteurs. Ils reposent sur un dispositif élémentaire : la jonction tunnel Josephson, une barrière tunnel entre deux conducteurs supraconducteurs, qui présentent un comportement non linéaire et non dissipatif. Les jonctions tunnel Josephson ne sont qu'un exemple de liens faibles supraconducteurs, parmi lesquels on trouve également des contacts atomiques et des liens faibles de type nanofils semi-conducteurs. Dans ces autres exemples, des états fermioniques localisés, connus sous le nom de niveaux d'Andreev, peuvent être adressés. Nous avons récemment réalisé leur spectroscopie et leur manipulation quantique.



Nous proposons ici de concevoir, fabriquer et mesurer de nouveaux qubits hybrides qui combinent des degrés de liberté bosoniques et fermioniques dans le but de réaliser des états quantiques plus robustes.

Nous recherchons un étudiant fortement motivé ayant une bonne compréhension de la physique quantique. Il/elle sera intégré(e) dans un groupe de recherche actif en électronique quantique et se familiarisera avec les concepts avancés de la mécanique quantique et de la supraconductivité. Il/elle apprendra également plusieurs techniques expérimentales : basses températures, mesures à faible bruit et micro-ondes, et nanofabrication.

 

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