Interfacer des circuits supraconducteurs avec des spins dans l'état solide a le potentiel d'exploiter la flexibilité des circuits supraconducteurs avec les longs temps de cohérence des spins. Ce projet vise à démontrer des portes logiques à deux qubits médiées par le circuit entre les qubits de spin.

La thèse consistera à développer un nouveau type de compteurs de photons micro-ondes, en utilisant un chip supraconducteur contenant plusieurs qubits supraconducteurs. En utilisant des corrélations entre ces qubits, on devrait pouvoir réduire considérablement les comptes d'obscurité, qui sont le bruit dominant dans ces détecteurs. Une fois mis au point, le compteur sera utilisé pour la détection de spins individuels.

Les états à dénominateur pair de l'effet Hall quantique fractionnaire (par exemple ’’=5/2) devraient héberger des excitations qui ont des statistiques anyoniques non abéliennes, ce qui en fait des candidats prometteurs pour la réalisation d'un processeur quantique topologique [1]. Bien que la démonstration de ces statistiques non abéliennes ait longtemps été une entreprise extrêmement difficile, des expériences récentes dans des hétérostructures semi-conductrices GaAs ont montré que la conductance thermique de bord de l'état ’’=’’/’’ est quantifiée dans des valeurs demi-entières du quantum de conductance thermique [2,3]. Cette quantification en demi-entier est connue pour être une signature universelle des statistiques non-abéliennes, y compris des fermions de Majorana [4]. Cependant, de nombreux candidats présumés pour l'état fondamental de ’’=5/2 ont des structures de bord complexes présentant des modes neutres contre-propagateurs, qui peuvent modifier la conductance thermique de bord et leur donner des valeurs non entières similaires à celles d'un bord non abélien. Une expérience très récente [3] a contourné le problème en trouvant un moyen de séparer les contributions des différents canaux au bord, confirmant l'existence d'un canal non abélien avec une conductance électrique et thermique quantifiée demi-entière. La prochaine question évidente est de savoir si ce résultat est vraiment universel : est-il valable pour différents matériaux et différents états de dénominateur pair ’

Dans ce projet, nous proposons de répondre à ces questions en effectuant des mesures de transport de chaleur dans des états de Hall quantiques fractionnaires dans le graphène bicouche. Il a récemment été démontré que le graphène bicouche empilé par Bernal hébergeait une grande variété d'états de Hall quantiques fractionnaires robustes à dénominateur pair [5-8], à la fois semblables à des trous et à des électrons. Il s'agit d'un excellent banc d'essai pour l'étude de la conductance thermique, car ces fractions devraient être décrites par différents états fondamentaux (éventuellement non abéliens) ; en outre, la possibilité d'appliquer des champs de déplacement électrique permet un degré de contrôle supplémentaire sur les états à dénominateur pair, qui peuvent être étudiés par transport de chaleur.

Ce projet expérimental est basé sur le transport thermique à très basses températures et à champs magnétiques élevés [9], basé sur des mesures électriques très sensibles. Nous recherchons des candidats très motivés et intéressés par tous les aspects du projet, tant expérimentaux (fabrication d'échantillons, mesures à faible bruit, cryogénie) que théoriques.

[1] Nayak, et al., RMP 80, 1083 (2008) [2] Banerjee, et al., Nature 559, 205 (2018)
[3] Dutta, et al., Science 377, 1198 (2022) [4] Kasahara, et al., Nature 559, 227 (2018)
[5] Ki, et al., Nano Letters 14, 2135 (2014) [6] Li, et al., Science 358, 648 (2017)
[7] Zibrov, et al., Nature 549, 360 (2017) [8] Huang, et al., PRX 12, 031019 (2022)
[9] Le Breton, …, & Parmentier, PRL 129, 116803 (2022)