Traitement de l’Information Quantique avec des Circuits Supraconducteurs Hybrides – QIPHSC
Traitement de l’Information Quantique avec des Circuits Supraconducteurs Hybrides
Traitement de l’Information Quantique avec des Circuits Supraconducteurs Hybrides
Contexte et objectifs
Les qubits supraconducteurs sont constitués de jonctions tunnel Josephson et reposent sur des degrés de liberté macroscopiques et bosoniques. Les qubits électroniques sont réalisés à l’aide de points quantiques et reposent sur des degrés de liberté microscopiques et fermioniques. Le projet QIPHSC vise à implémenter un objet quantique hybride qui partage ces deux caractéristiques. La stratégie consiste à isoler un unique degré de liberté fermionique du condensat supraconducteur afin de former ce que l'on pourrait appeler un «qubit fermionique supraconducteur«. Pour atteindre cet objectif ambitieux, nous comptons effectuer des expériences à l’aide de jonctions Josephson hybrides à base de conducteurs quantiques de basse dimension. En plus de son objectif de recherche fondamental, le projet QIPHSC, de par les moyens techniques mis en œuvre, participera au développement du QCMX Lab, équipe de recherche expérimentale nouvellement créée à l’Ecole Polytechnique.
Côté matériaux, notre principale stratégie consiste à utiliser des nanotubes de carbone comme conducteurs quantiques de faible dimension. Pour ce faire, nous développons dans le QCMX Lab une source in situ de nanotubes de carbone. Cette plateforme permet la nanofabrication, la caractérisation optique et l'intégration de circuits de nanotubes de carbone ultra propres. Côté mesures, nous couplons la jonction Josephson hybride à un résonateur supraconducteur et effectuons des mesures radiofréquence, en utilisant les instruments et composants micro-ondes nouvellement acquis grâce au financement de l'ANR. Les expériences sont réalisées en collaboration avec le post-doctorant engagé dans le projet QIPHSC.
Le porteur a participé à une expérience en lien direct avec les architectures proposées dans le projet QIPHSC. Cette expérience a été réalisé au MIT et démontre le contrôle cohérent d’un qubit supraconducteur à base de graphène. Le porteur a participé à l’analyse et l’interprétation des résultats expérimentaux, ainsi qu’à la rédaction d’un article qui a été publié dans la revue Nature Nanotechnology.
Avec le post-doctorant recruté en octobre 2020 sur le projet QIPHSC, nous travaillons sur nos premières expériences. Nous cherchons dans un premier temps à implémenter un spectromètre on-chip permettant d’effectuer la spectroscopie photonique des états d’Andreev dans un nanotube de carbone. Après une phase de conception initial, nous sommes en train de nano-fabriquer en salle blanche les premiers échantillons (chimie, lithographie, évaporation).
[1] J. I-J. Wang, et al., Nature Nanotechnology 14, 120-125 (2019)
Les qubits supraconducteurs sont généralement constitués de jonctions tunnel Josephson et reposent sur des degrés de liberté macroscopiques, à savoir la différence de phase supraconductrice et la différence de charge à travers la jonction. Ils sont donc par nature intrinsèquement bosoniques. Les qubits de spin électroniques sont basés sur des électrons confinés dans des points quantiques et reposent sur des degrés de liberté fermioniques microscopiques. Ici, je propose d'élaborer un nouvel objet quantique élémentaire qui partage ces deux caractéristiques. La stratégie consiste à isoler un unique degré de liberté fermionique du condensat supraconducteur afin de former ce que l'on pourrait appeler un "Qubit de Spin supraconducteur". Pour atteindre cet objectif ambitieux, je propose d'effectuer des expériences c-QED en utilisant des jonctions Josephson hybrides à base de conducteurs quantiques de basse dimension tels que des nanotubes de carbone ou des nanofils semi-conducteurs. Ce travail ouvrira la voie à la detection et manipulation des fermions de Majorana, quasiparticules insaisissables qui possèdent une statistique quantique non-abélienne.
Au-delà de la physique d'Andreev et de Majorana sur laquelle ce projet se concentre, ces architectures hybrides, combinant conducteurs quantiques et résonateurs supraconducteur, fournissent des plateformes innovantes pour étudier les propriétés quantiques de la matière condensée et de la lumière micro-onde. Elles ont un énorme potentiel en termes de complexité et de contrôle et sont prometteuses pour le traitement de l'information quantique et la simulation quantique.
Coordination du projet
Landry Bretheau (Laboratoire des solides irradiés)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
LSI Laboratoire des solides irradiés
Aide de l'ANR 320 760 euros
Début et durée du projet scientifique :
janvier 2019
- 48 Mois
