Lecture de l’information quantique encodée aux fréquences micro-ondes – REQUIEM

Le présent projet ANR ReQuIEM a pour but de développer de nouveaux composants supraconducteurs, afin d’améliorer significativement la capacité de la communauté scientifique à lire l’information quantique encodée aux fréquences micro-ondes. Il rentre dans le cadre de la recherche en traitement quantique de l’information (QIP) et des technologies quantiques (QT). Cette recherche constitue un volet amont de la thématique « Société de l’information et de la communication » (Défi 7 de l’ANR) et notamment de son axe 8 « Micro et nanotechnologies pour le traitement de l’information et la communication ».

Le projet repose sur une collaboration entre deux équipes de recherche qui inventent, développent, fabriquent et testent des circuits quantiques supraconducteurs depuis plus de 17 ans : l’équipe « Cohérence quantique » de l’institut Néel de Grenoble, dans laquelle Oliver Buisson sera le coordinateur du présent projet, et le groupe « Quantronique » du CEA de Saclay, dans lequel Denis Vion aura le rôle d’investigateur principal.

Le projet cible trois objectifs principaux correspondant aux trois « work packages » (WP) suivants :

- WP1 sera piloté par le partenaire Institut Néel. Il consiste à concevoir, fabriquer, et tester un nouveau dispositif de lecture en un coup de bit quantique Josephson (qubit). Une fidélité de 99.9 % pour une lecture très rapide en 60ns des deux états de base du qubit est attendue. Cette lecture préservera les états mesurés (lecture dite QND). Ces performances de lecture devraient dépasser l’état de l’art actuel. Cette nouvelle lecture est basée sur les propriétés d’un qubit appelé « transmon à diagramme d’énergie en V » ou « V-shape transmon ». Un tel dispositif dans son ensemble devrait permettre de passer en dessous du taux d’erreur seuil en-deçà duquel la correction d’erreur quantique est possible, de suivre précisément les trajectoires quantiques d’un qubit, et de poursuivre un calcul quantique avec un qubit déjà mesuré.

- WP2 sera piloté par le partenaire CEA, et consiste à développer des amplificateurs paramétriques et des « comprimeurs de vide » ou « squeezers » à large bande passante (>400MHz au-dessus de 15 dB de gain), opérant à la limite quantique, c’est-à-dire en n’ajoutant au signal pas plus de bruit que ce qu’autorise la mécanique quantique. Ces nouveaux amplis permettent d’augmenter le rapport signal sur bruit d’un facteur 10 à 20 par rapport aux amplificateurs microondes cryogéniques commerciaux basés sur les transistors à haute mobilité électronique (HEMT). Ces amplis sont des composants clés pour lire l’information quantique aux fréquences micro-ondes. Ils permettent de suivre les trajectoires quantiques d’un composant ou de lire plusieurs qubits par multiplexage en fréquence. Ils ont aussi des applications dans les transducteurs quantiques ou dans la résonance paramagnétique électronique (RPE) ultime.

- WP3 impliquera une forte collaboration de deux partenaires, et vise à démontrer la lecture simultanée multiplexée en fréquence de trois V-shape transmons. Il s’agira d’atteindre la fidélité de lecture maximale et de tester quantitativement le caractère non destructif (QND) de la mesure. Les trajectoires quantiques des trois qubits seront également mesurées.

Pour atteindre ces objectifs, chacun des deux partenaires bénéficiera d’une salle blanche de nanofabrication et d’une salle d'expérinces de physique aux très basses températures avec les équipements microondes associés. 140 personnes-mois (pm) sont associés à ce projet dont 66 (pm) financées par l’ANR.