Lecture rapide haute fréquence de qubits de spin dans le silicium

par Estelle Vincent

Projet de thèse en Nanophysique

Sous la direction de Silvano De franceschi et de Romain Maurand.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique , en partenariat avec PHotonique, ELectronique et Ingéniérie QuantiqueS (laboratoire) depuis le 01-11-2019 .


  • Résumé

    Le projet de thèse vise à porter la lecture dispersive des qubits de spin CMOS à plus haute fréquence grâce à la réalisation de résonateurs micro-ondes supraconducteurs directement sur puce. Un dispositif de lecture travaillant à plusieurs gigahertz permettrait en effet de déterminer les états des qubits en moins d'une microseconde. Pour rejoindre cet objectif, plusieurs géométries seront explorées de la ligne de transmission aux composants à constante localisée. Le meilleur scénario sera déterminé grâce à des simulations électromagnétiques. Un travail sur la chaîne d'amplification sera mené en parallèle pour améliorer le ratio signal sur bruit. Les résonateurs ainsi développés seront par la suite utilisés pour démontrer la haute fidélité de la lecture de qubits de spin avec des trous pour lesquels les temps de relaxation et de cohérence ainsi que les fidélité de grilles sont encore inconnus. Dans une vision à long terme, le projet de thèse ouvre la voie à une mesure rapide et haute fidélité de petits processeurs quantiques à plusieurs qubits.

  • Titre traduit

    High frequency and high speed silicon qubit readout


  • Résumé

    Quantum bits made out from spins in silicon are today viewed as possible candidates to build a complex semiconductor quantum processor with more than 2 qubits. Towards this long term project, one of the key challenge is to be able to readout with high fidelity the quantum state of all this qubits. During this PhD project we will develop the dispersive readout of CMOS spin qubits via microwave resonators. The goal is to develop a dispersive readout working at several gigahertz to be able to determine the qubit state in less than a microsecond. To this aim we will fabricate superconducting microwave resonators on a CMOS chip where spin qubit devices sit. Several resonator's geometry will be explored from transmission line based design to lumped element resonator. Electromagnetic simulations will be perform to determine the best coupling scenario between the qubit and the resonator. In order to have the best signal to noise ratio, we will incorporate a quantum limited amplifier into the amplification chain used to measure the resonator response. A special care will be devoted to develop resonators and amplifiers with magnetic field resilience up to several 100mT. Once well developed, we will use the resonator based readout to demonstrate high fidelity single shot spin qubit readout. We will especially focus on hole spin qubits in silicon for which relaxation time, coherence time and gate fidelity are still unknown. In a long term vision this PhD work should open a path to the high fidelity measurement of small spin qubit quantum processor with several qubits.