Conception, fabrication et mesure d'un circuit supraconducteur à haute impédance

Implementation of high impedance circuit for the continuous monitoring of cat-qubit error syndrome

• Auteur / Autrice : Alvise Borgognoni
• Direction : Zaki Leghtas
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mathématique et automatique
• Date : Inscription en doctorat le 02/11/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mathématiques et Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CAS - Centre Automatique et Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université de Recherche Paris Sciences et Lettres (2015-2019)

Mots clés

Mots clés libres

Physique quantique

Information quantique

Circuits supraconducteurs

Quantum physics

Quantum information

Superconducting circuits

Résumé

Des technologies exploitant des propriétés quantiques comme le principe de superposition et d'intrication, pourraient révolutionner notre puissance de calcul. Durant les deux dernières décennies, d'impressionnants progrès nous ont rapprochés de l'aboutissement de ces technologies. Cependant, de grands obstacles restent à surmonter. Parmi eux, la construction d'un qubit logique: un système capable d'encoder un bit d'information quantique (IQ), et sur lequel on peut faire de la correction d'erreur quantique (CEQ). La CEQ a pour but de prolonger la durée de vie de l'IQ au-delà des durées de vie des systèmes physiques qui encodent l'information. Cela peut être réalisé en encodant un bit de manière redondante dans un grand espace de Hilbert permettant la détection et la correction d'erreurs. Ce grand espace de Hilbert est en général l'espace des états d'un registre de plusieurs qubits. Cependant, il est encore très difficile aujourd'hui de concevoir et manipuler des architectures de plus d'une dizaine de qubits. Le but de ce projet est d'aborder ce problème sous un nouvel angle. L'objectif étant de construire un qubit logique basé sur des processus cohérents et dissipatifs à multi-photons. En général, la dissipation détruit l'IQ. Paradoxalement, une dissipation très particulière, qui dissipe les photons en quadruplets seulement, peut en fait protéger l'IQ contre certains processus de dissipation. Le point clé est qu'un tel système a des points d'équilibres qui forment un espace vectoriel où l'on peut encoder un qubit qui sera protégé contre certaines erreurs.

Quantum systems can occupy peculiar states, such as superpositions or entangled states. These states are intrinsically fragile and eventually get wiped out by inevitable interactions with the environment. Protecting quantum states against decoherence is a formidable and fundamental problem in physics, and it is pivotal for the future of quantum computing. Quantum error correction provides a potential solution, but its current envisioned implementations require daunting resources: a single bit of information is protected by encoding it across tens of thousands of physical qubits. The goal of this experimental PhD project is to measure the error syndromes of a protected superconducting qubit in a fault-tolerant manner. Here, the qubit is encoded in the infinite-dimensional Hilbert space of a single superconducting resonator and is protected autonomously by its engineered interaction with the environment. While such a qubit exhibits resilience to many error channels, it remains sensitive to changes in the parity of the number of photons occupying the resonator—an error whose syndrome must be measured in order for correction. An absolutely essential property of these measurements is that their imperfections do not propagate to uncorrectable errors in the encoded qubit, which is called fault tolerance.