Optimisation de la distribution de champ magnétique le long d'un nanotube de carbone suspendu pour améliorer le facteur de qualité de qubits de spin

Optimization of the distribution of the magnetic field along a suspended carbon nanotube to enhance the quality factor of spin qubits

• Auteur / Autrice : Christelle Lopes
• Direction : François Montaigne, Matthieu Desjardins
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 29/11/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IJL - INSTITUT JEAN LAMOUR

Mots clés

Mots clés libres

Nanomagnétisme

Qubit de spin

Nanotube de carbone

Physique mesoscopique

Nanomagnetism

Spin qubit

Carbon nanotube

Mesoscopic physics

Résumé

Le développement de systèmes électroniques capables de manipuler des états quantiques ouvre des perspectives pour le calcul et la simulation de systèmes complexes. Plusieurs technologies sont à l'étude pour encoder des états quantiques dans des qubits. Une possibilité pour encoder l'information quantique est d'utiliser le spin d'un électron unique qui peut être contrôlé et manipulé à l'échelle nanométrique. Cependant, la stabilité de l'information, qui est une propriété nécessaire pour la réalisation de calcul quantique est encore très dépendante du matériau utilisé pour piéger les électrons uniques et est limitée par le bruit électronique et magnétique. La cohérence des spins électroniques uniques reste à étudier plus avant dans les nanotubes de carbone (CNT), car leurs temps de cohérence sont très prometteurs. Le contrôle de la transition de spin repose sur la capacité d'élaborer des micro-aimants lithographiés pour contrôler avec précision les champs magnétiques appliqués localement. Ces micro-aimants doivent générer de forts champs dispersifs obliques («slanting stray field ») pour augmenter le contrôle du spin de l'électron unique hébergé dans un nanotube de carbone via des circuits électroniques Cette thèse propose de continuer l'étude et le développement technologique de micro-aimants intégrés sur puce et d'étendre les recherches sur les éléments spintroniques. L'objectif est de générer un champ non-local à partir de micro-aimants, ne nécessitant qu'un faible champ magnétique appliquée voire aucun pour augmenter le couplage entre un champ électromagnétique et le spin d'un électron unique hébergé dans un nanotube de carbone. Nous chercherons également à mettre en œuvre un contrôle tout-électrique de l'ordre magnétique de ce qubit par spin torque, en minimisant le bruit électrique généré par ce contrôle.

The development of electronic systems able to manipulate quantum states creates opportunities for the computation and simulation of complex systems. Several technologies are under study to encode quantum states with qubits. One possibility to encode the information is to use the spin of a single electron which can be controlled and manipulated at nanoscale. However, the stability of the information, which is a major property for the realisation of quantum computation is still very dependant of the material used to trap the single electron and is limited by the electronic and magnetic noise. The coherence of electronic spins is still under study in carbon nanotube, as their coherence time is very promising. The control of the spin transition is based on the ability to develop lithographed micro-magnets to control precisely the local magnetic field. These micro-magnets have to produce slanting stray field to increase the control of the single electron's spin hosted in a carbon nanotube via electronic circuits. The aim of this thesis will be to continue the study and technologic development of on-chip micro-magnets and to extend this study on spintronic elements. The goal is to generate a non-local magnetic field without applying external magnetic fields to increase the coupling between an electromagnetic field and the electronic spin. We will also try to implement an all-electric control of the magnetic order of the qubit with spin-torque, minimizing the electric noise generated by this control.