Acoustique quantique hybride

Hybrid quantum acoustics

• Auteur / Autrice : Abel Hugot
• Direction : Franck Balestro
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel

Mots clés

Mots clés libres

Systèmes quantiques hybrides

Acoustique

Adaptation d'impédance

SQUIDs

Hybrid quantum systems

Acoustics

Impedance matching

SQUIDs

Résumé

Les systèmes acoustiques et nanomécaniques sont récemment apparus comme une technologie quantique puissante, avec des applications allant de la détection quantique à l'information quantique. Le contrôle des phonons à l'échelle quantique ouvre donc de nouvelles voies expérimentales passionnantes, tant pour les recherches fondamentales que pour les technologies appliquées. Ce projet vise à développer une architecture hybride d'acoustique quantique qui permettra d'explorer des sujets allant des interactions cohérentes spin-phonon, de l'acoustique des matériaux 2D dans le régime quantique, à l'ingénierie de dispositifs pour interfacer des qubits de spin. La conception de cette nouvelle architecture est rendue possible par la boîte à outils micro-ondes récemment développée avec les circuits supraconducteurs. Sujet de recherche et installations disponibles : l'étudiant apprendra d'abord à concevoir, fabriquer et faire fonctionner des dispositifs acoustiques à des fréquences micro-ondes (plusieurs GHz) et à des températures cryogéniques (20mK). La fabrication a lieu dans la salle blanche de l'institut Néel, en utilisant des techniques de nano-fabrication de pointe et des matériaux de haute performance (comme le LiNbO3). Les mesures de micro-ondes à températures cryogéniques seront effectuées dans un réfrigérateur à dilution dédié. En interfaçant mécaniquement des oscillateurs nanomécaniques ayant à la fois une haute fréquence et un grand mouvement au point zéro, notre technologie hybride devrait nous permettre d'explorer des directions telles que l'acoustique quantique en 2D ou les interactions entre des spins moléculaires uniques et des phonons uniques. À long terme, cette plateforme pourrait ensuite être exploitée pour lire et manipuler de manière cohérente des qubits de spin moléculaire.

Acoustic and nanomechanical systems have recently emerged as a powerful quantum technology, with applications ranging from quantum sensing to quantum information science. Controlling solid-state phonons at the quantum scale is thus opening up exciting new experimental avenues, both for fundamental investigations and for applied technologies. This project aims to develop a hybrid quantum acoustics architecture that will enable us to explore topics ranging from coherent spin-phonon interactions, the acoustics of 2D materials in the quantum regime, to the engineering of devices to interface spin qubits. The design of this novel architecture is enabled by the microwave toolbox recently developed with superconducting circuits. Research topic and facilities available: the student will first learn how to design, fabricate and operate acoustic devices at microwave frequencies (several GHz) and cryogenic temperatures (20mK). The fabrication takes place in the clean room of the Néel institute, using state-of-the-art nano-fabrication techniques and high-performance materials (such as LiNbO3). The cryogenic microwave measurements will be performed in a dedicated dilution refrigerator. By mechanically interfacing nanomechanical oscillators with both high frequency and large zero-point motion, our hybrid technology should enable us to explore directions such as quantum acoustics in 2D or the interactions between single molecular spins and single phonons. On the long term, this platform could then be exploited to readout and coherently manipulate molecular spin qubits.