Simulation quantique avec des qubits spin-orbite – QUSIM

La physique quantique a révolutionné notre compréhension de la nature à petite échelle et a conduit à de nombreuses avancées technologiques importantes. Cependant, comprendre les systèmes quantiques à plusieurs corps représente un défi de taille, car il est impossible de suivre tous les degrés de liberté internes d'un système intriqué. La simulation quantique analogique offre un moyen de contourner ce problème en émulant des systèmes quantiques complexes à l'aide d'un autre système contrôlable expérimentalement. Cela est particulièrement intéressant pour la physique à plusieurs corps des systèmes quantiques ouverts, où un tel simulateur serait composé de plusieurs systèmes à deux niveaux couplés à plusieurs oscillateurs harmoniques imitant l'environnement. Un concept clé de la simulation quantique consiste à arrêter l'évolution interne en supprimant toutes les interactions, puis à interroger le système, ce qui permet d'accéder à la dynamique interne. Motivé par cette idée, je propose de démontrer que les qubits à spin de trou de silicium intégrés dans une architecture de circuit électrodynamique quantique (cQED) constituent une plateforme viable et puissante pour la simulation quantique. En tirant parti de la technologie CMOS et des processus industriels de flip-chip, nous développerons des dispositifs cQED à spin complexes contenant plusieurs spins couplés à de nombreux résonateurs micro-ondes. La réalisation de ces dispositifs innovants permettra une lecture rapide et haute fidélité de l'état des spins individuels, ainsi qu'un enchevêtrement à distance de tous les systèmes multispins, offrant ainsi une nouvelle plateforme pour étudier divers phénomènes à plusieurs corps, tels que les modèles de spin et les problèmes d'impuretés quantiques. De plus, les quenches quantiques, qui exploitent la capacité d'accordabilité électrique des spins des trous, permettront de mieux comprendre la dynamique de ces systèmes et apporteront de nouvelles perspectives sur l'interaction lumière-matière dans des conditions extrêmes. Dans l'ensemble, ce projet démontrera tous les éléments clés nécessaires à la simulation quantique analogique avec des qubits à spin de trou et ouvrira ainsi une perspective à plus long terme pour étudier la dynamique quantique de systèmes complexes tels que les réactions chimiques.