Modélisation des bits quantiques silicium – MAQSi

Les technologies de l'information quantique pourraient révolutionner la simulation et la cryptographie. La France développe une plateforme originale pour l'information quantique, basée sur la technologie "Silicium sur Isolant" (SOI). Pourtant, de nombreux aspects de la physique des bits quantiques (qubits) de silicium restent mal compris, ce qui complique l'interprétation des expériences et l'optimisation des dispositifs. Le but du projet MAQSi est de relever les défis de la modélisation et de la simulation des qubits de silicium afin de: i) faire des progrès significatifs dans la compréhension de la physique de ces qubits, ii) de trier les options existantes et faire des recommandations pour la conception des qubits SOI, iii) de démontrer en amont du travail expérimental la pertinence des technologies SOI pour l'information quantique, et d'identifier leurs forces et leurs faiblesses, afin de promouvoir cette plateforme. Ce projet regroupe deux groupes théoriques ayant des capacités uniques en France sur la simulation de dispositifs quantiques silicium (INAC/MEM, CNRS/IEMN), avec le groupe expérimental leader en France dans la mesure des dispositifs CMOS quantiques, et qui coordonne des projets européens sur la fabrication et la mesure de qubits SOI (INAC/PHELIQS).

Nous allons mettre en place des outils pour la simulation à l'échelle microscopique et atomistique des qubits de silicium et aborder les questions suivantes dans MAQSi:
- Manipulation et lecture de spin: Nous voulons pouvoir manipuler électriquement les qubits d'électrons et de trous de façon efficace, en s'appuyant autant que possible sur le couplage spin-orbite intrinsèque. Pour cela, nous devons progresser dans la compréhension du couplage spin-orbite dans le silicium, et optimiser la géométrie des qubits.
- Décohérence et variabilité: Nous caractériserons les désordres qui limitent la reproductibilité (variabilité) et la cohérence des qubits de silicium.
- Portes à deux qubits: Nous étudierons le couplage d'échange entre les qubits et évaluerons les performances des portes à deux (ou plus) qubits.

L'ambition de MAQSi est de résoudre ces problèmes grâce à une collaboration étroite entre des équipes expérimentales et de modélisation. Ces défis ne peuvent en effet être relevés exclusivement du point de vue expérimental en raison des coûts et des délais de fabrication et de caractérisation. Les technologies de l'information quantique se développant très rapidement, il est important de compléter l'activité expérimentale par une modélisation de pointe capable de prédire le fonctionnement des qubits de silicium et de proposer de nouvelles idées.