Dispositifs Supraconducteurs en Silicium et Germanium "haut de gamme" – SUNISIDEUP

L’objectif de SUNISIDEUP est de réaliser, dans une technologie CMOS intégrable, un qubit supraconducteur en silicium ou germanium, contrôlé électriquement par une grille et couplé à un résonateur micro-onde supraconducteur. Ce nouvel élément quantique, maintenant appelé GATEMON par analogie avec le transmon, trouvera des applications dans l’information quantique. Ce qubit supraconducteur sera constitué d’un transistor avec des contacts source et drain supraconducteurs à travers lequel peut circuler un super-courant non dissipatif (effet Josephson) et modulable par une grille électrostatique. Pour les dispositifs silicium, les contacts supraconducteurs seront réalisés à partir des siliciures supraconductrices ou de silicium fortement dopé en atomes de bore qui est connu pour être supraconducteur à très forte dose. Cette technique nécessite l’utilisation du recuit laser. Les dispositifs germanium bénéficieront d’une technologie plus souple et moins avancée mais pour lesquelles l’effet Josepshon a déjà été démontré. Les résonateurs supraconducteurs seront également fabriqués à partir des mêmes matériaux et une étude précise et systématique de leur performance (à travers leur facteur de qualité) sera menée.
Outre la réalisation de nouveaux éléments quantiques supraconducteurs, la réelle originalité du projet SUNISIDEUP est de proposer une technologie entièrement compatible avec la technologie CMOS et par conséquent potentiellement intégrable. Ainsi, the succès de SUNISIDE UP permettra rapidement de réaliser des architectures quantiques complexes s’inspirant des propositions déjà établies par la communauté des qubits supraconducteurs et de l’ElectroDynamique Quantique des circuits cQED.
SUNISIDEUP s’articulera autour de deux objectives clés : i) le développement d’une nouvelle technologie (quantique) hybride alliant la supraconductivité et la technologie CMOS avec la réalisation de MOSFETs supraconducteurs et de nouveaux qubits supraconducteurs contrôlable électriquement ii) l’étude de nouveaux états électronique dans des nanostructures confinées où le couplage spin-orbite et les interactions de Coulomb sont en compétition avec des corrélations supraconductrices.
Le projet est organisé en quatre axes de travail : Management, la synthèse de matériaux, l’étude des contacts supraconducteur/semiconducteur et l’intégration et enfin les études et manipulation quantique à basse température. Notre projet s’appuie sur un consortium très ciblé qui inclut le LETI et l’INAC/PHELIQS au CEA-Grenoble et le C2N à Paris-Saclay. Le LETI fournira son expertise dans tous les aspects de la fabrication de MOSFET sur des tranches de silicium sur isolant SOI. Le partenaire C2N qui a démontré avec succès la supraconductivité du silicium dopé au bore, apportera son profond savoir-faire sur le dopage et recuit laser qui est une technique cruciale à la réalisation de contacts supraconducteurs de faible résistance ohmique. Le laboratoire PHELIQS a une connaissance renommée, à la fois expérimentale et théorique, sur les propriétés de transport électronique à basse température de jonctions Josephson hybrides et sur les ilots quantiques de silicium CMOS.
Un autre atout de SUNISIDEUP est la possibilité de fabriquer, grâce une technologie très bien contrôlée et reproductible, un très grand nombre de circuits de différentes tailles et formes. Ceci permettra d’appréhender le problème de variabilité qui représente un enjeu important vers la construction d’architecture complexe comprenant un grand nombre d’éléments quantiques.