Etude de la technologie et physique des dispositifs pour la fabrication à grande échelle de qubits en technologie silicium

par Edoardo Catapano (Edoardo)

Projet de thèse en Nano electronique et nano technologies

Sous la direction de Gerard Ghibaudo et de Mikaël Casse.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal , en partenariat avec CEA/LETI (laboratoire) depuis le 02-09-2019 .


  • Résumé

    La réalisation de bits quantiques (qubits) en silicium basés sur le spin des porteurs a été démontrée récemment à partir d'une plateforme CMOS SOI industrielle, marquant un premier pas important vers la fabrication d'un ordinateur quantique en Si. En effet, une production massive de qubits sera nécessaire pour ces futurs processeurs quantiques. Ceux-ci, pour fonctionner, doivent néanmoins être refroidis à quelques dizaines de mK. La mesure des propriétés physiques des qubits ne se fait actuellement que sur des dispositifs individuels, et requiert beaucoup de temps. La présélection de dispositifs qubits susceptible d'être fonctionnels à quelques dizaines de mK à partir de paramètres physiques et technologiques mesurés à 300K et jusqu'à 4K (mesures plus « légères » et compatible avec une approche quasi-industrielle) reste un challenge. La production de masse de qubits nécessite des outils et méthodes de caractérisation électriques compatibles avec cette grande statistique de données. Le sujet proposé est orienté vers la caractérisation électrique (de 300K jusqu'à 4K-1K) de dispositifs fabriqués à partir d'une plateforme CMOS Si, destinés à être des qubits fonctionnels à très basse température. L'objectif est de faire le lien avec la caractérisation des qubits eux-mêmes à quelques dizaines de mK. Ce travail permettra de déterminer efficacement les voies d'optimisation de la technologie qubits-CMOS (variantes technologiques, architecture des transistors,…), en vue d'une intégration à plus grande échelle. La thèse bénéficiera d'un environnement de travail unique sur Grenoble autour de la thématique du « calcul quantique »*. Le travail se fera au sein du Laboratoire de Caractérisation et Tests Electriques du CEA-Leti, en étroite collaboration avec les équipes intégration filières et les chercheurs spécialisés dans la physique des qubits à l'INAC (CEA) et l'institut Néel (CNRS).

  • Titre traduit

    Technology and physics of devices for the large-scale fabrication of Si-CMOS process based qubits


  • Résumé

    The fabrication of spin quantum bits has recently been demonstrated from an industrial Silicon-On-Insulator (SOI) CMOS platform, marking an important first step for the fabrication of a quantum computer in Si. Indeed, a massive production of qubits will be necessary for the future quantum processors. These qubits, to be functional, must imperatively be cooled down to a few tens of mK. Measuring the physical properties of qubits is currently done on individual devices, and requires a lot of time. The preselection of qubit devices potentially functional from the physical and technological parameters measured at 300K and down to 4K, using faster measurements and compatible with a quasi-industrial approach, remains a challenge. Mass production of qubits necessitates tools and electrical characterization methods to produce large data statistics. The subject of the phD thesis proposed is focused on the electrical characterization (from 300K to 4K-1K) of transistor devices, designed to be functional qubits at very low temperature. The goal is to make the link with the characterization of the qubits themselves at a few tens of mK. This work will open new paths of optimization for the qubit-CMOS technology (technological variants, architecture of transistors, etc.), in order to achieve a greater scale integration. The thesis will benefit from a unique work environment in Grenoble in the field of 'quantum computing' *. The thesis will be performed in the electrical characterization team in CEA-Leti, in close collaboration with the process integration team and researchers in qubit physics of INAC (CEA) and the Néel Institute (CNRS).