Nanoélectronique quantique résolue en temps dans des environnements électromagnétiques

par Benoît Rossignol

Thèse de doctorat en Physique Théorique

Sous la direction de Xavier Waintal.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes (ComUE) , dans le cadre de Physique , en partenariat avec PHotonique, ELectronique et Ingéniérie QuantiqueS (laboratoire) .


  • Résumé

    La nanoélectronique quantique est dans une phase de grande expansion, soutenue principalement par le développement de l'informatique quantique. Une grande précision est nécessaire pour atteindre les objectifs actuels, mais d'un autre côté, les expériences sont aussi plus complexes que jamais. Les outils numériques semblent nécessaires pour réaliser la compréhension exigée tout en traitant une telle complexité. Les échelles de temps concernées sont de plus en plus courtes et se rapprochent des échelles de temps quantiques intrinsèques de l'appareil, comme le temps de vol. Les travaux antérieurs de notre groupe ont simulé le transport d'électrons en fonction du temps à une échelle quantique. Cette thèse vise à améliorer les algorithmes précédents pour obtenir une plus grande précision et une meilleure description des systèmes en incluant l'environnement électronique. Ce travail est divisé en trois domaines principaux. Tout d'abord, nous améliorons les outils de simulation numérique en fonction du temps pour prendre en compte un environnement électronique d'une manière cohérente. Le nouvel algorithme peut atteindre une précision arbitraire d'une manière contrôlée. Deuxièmement, le nouvel algorithme est utilisé pour démontrer l'existence de nouveaux phénomènes physiques. Nous étudions les jonctions Josephson dans différents environnements pour mettre en valeur le rôle des quasi-particules, l'effet d'une impulsion très courte, et pour étudier les techniques de caractérisation de la jonction topologique. Enfin, différents développements sont à l'étude afin d'intégrer le phénomène de décohérence et le bruit quantique dans les simulations.

  • Titre traduit

    Time-resolved quantum nanoelectronics in electromagnetic environments


  • Résumé

    Quantum nanoelectronics is in a phase of great expansion, supported mainly by the development of quantum computing. A high degree of precision is required to achieve current objectives, but on the other hand, the experi- ences are also more complex than ever. Nuremical tools seem necessary to achieve the required understanding while dealing with such complexity. The time scales involved are getting shorter and are getting closer to the intrinsic quantum time scales of the device, such as time of flight. Our group's pre- vious work has simulated time-dependent electron transport on a quantum scale. This thesis aims to improve the previous algorithms to obtain greater accuracy and a better description of the systems by including the electronic environment. This work is divided into three main areas. First, we improve of numerical time-dependent simulation tools to take into account an elec- tronic environment in a self-consistent way. The new algorithm can achieve arbitrary accuracy in a controlled way. Second, the new algorithm is used to demonstrate the existence of new physical phenomena. We study Josephson junctions in different environments to enhance the role of quasi-particles, the effect of a very short pulse, and to study topological junction characteriza- tion techniques. Finally, various developments are being studied to integrate the phenomenon of decoherence and quantum noise into the simulations.