Design, fabrication et test d'un processeur à quatre bits quantiques supraconducteurs

Design, fabrication and test of a four superconducting quantum-bit processor

• Auteur / Autrice : Vivien Schmitt
• Direction : Daniel Estève
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 03/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique de la région parisienne (....-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de physique de l'état condensé (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Vion, Olivier Buisson, Frank K. Wilhelm-Mauch
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benjamin Huard, Alexey V. Ustinov

Mots clés

Mots clés contrôlés

Supraconducteurs

Théorie de l'information quantique

Mots clés libres

Quantique

Supraconducteur

Transmon

Processeur

Multiplexage

Qubit

Superconductor

Multiplexing

Résumé

Cette thèse présente le travail de conception, de fabrication et de test d'un processor à 4 qubits Josephson, avec un souci d’évolutivité. Les qubits ont une fréquence réglable et sont tous couplés à un unique bus de couplage, afin d’implémenter la porte à deux qubits iSWAP, sur n’importe quelle paire d'entre eux. Chaque qubit est aussi équipé d’un amplificateur Josephson à bifurcation (JBA). Le principe du processeur, le choix des paramètres, le design micro-onde ainsi que la fabrication sont décrits. Une première expérience montre la lecture simultanée, haute-fidélité et en un coup de tous les qubits, par une technique de multiplexage fréquentiel des signaux de lecture. Une seconde teste la fidélité de la porte à deux qubits iSWAP, qui apparait limitée par la décohérence intrinsèque des qubits.

This thesis presents our effort to design, fabricate and test a simple 4-Josephson qubit processor with scalability potential. The qubits are frequency tunable and are coupled to a shared coupling bus able to implement iSwap two-qubit gates on any pair of qubits. Each qubit is fitted with its own readout made of a Josephson bifurcation amplifier (JBA). The operation principle of the processor, the choice of parameters, the microwave layout design, as well as the fabrication processes are described. A first experiment demonstrates the simultaneous high-fidelity readout of all the qubits by frequency multiplexing of the JBA signals. A second one tests the two-qubit iSwap gate of the processor, the fidelity of which happens to be limited by the intrinsic qubit decoherence.