Control quantique d'un résonateur mécanique ultra-cohérent à l'aide d'un qubit fluxonium – MecaFlux

Ce projet vise à mesurer et manipuler l’état quantique d’un résonateur mécanique macroscopique ultracohérent en le couplant à un qubit supraconducteur. Ce type de résonateurs, oscillant dans le domaine MHz, et présentant des temps de vie de plus d’1 minute, pourrait permettre de stocker l’information quantique sur puce, ou encore de tester la mécanique quantique dans un régime inédit où l’interaction gravitationnelle devient significative. Le principal verrou technologique, identifié par de nombreuses équipes dans le monde, consiste à combler le gap entre la fréquence mécanique et celle des circuits supraconducteurs opérant généralement dans le domaine microonde. L’approche originale proposée dans ce projet consiste à utiliser un qubit de type « fluxonium». Ce circuit supraconducteur introduit par le groupe de M. Devoret, possède une transition “qubit” à très basse fréquence dont le temps de cohérence surpasse toutes les autres implémentations de qubit supraconducteurs. Dans le régime dit de « fluxonium-lourd » en particulier, la fréquence qubit coïncide avec celle du résonateur mécanique à quelques MHz, tandis que le shunt capacitif important se prête idéalement à un schéma de couplage électromécanique. Enfin, bien que le sous-espace de qubit se situe bien en dessous du domaine de fréquence accessible par des composants microondes standards, la riche structure des niveaux supérieurs du fluxonium peut être utilisée pour initialiser, lire, et manipuler l’état du qubit. Dans ce projet, nous allons démontrer le régime de couplage fort entre le qubit et le résonateur mécanique, et utiliser cette interaction pour préparer ce dernier dans des états non-classiques, et en particulier des superpositions quantiques de type chat de Schrödinger. Outre les applications immédiates dans le domaine de l’information quantique, la masse et la fréquence du système mécanique utilisé vont permettre de tester la mécanique quantique dans un domaine de paramètre inédit, dans lequel certain modèles théoriques prédisent l’existence d’un phénomène de collapse gravitationnel.