Détection d'un ion Erbium unique par un compteur de photons à micro-ondes unique basé sur un qubit supraconducteur

Detection of a single Erbium ions by a superconducting-qubit-based single-microwave-photon counter

• Auteur / Autrice : Jaime Travesedo
• Direction : Patrice Bertet, Patrice Bertet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEA/SPEC - Service de Physique de l'Etat Condensé
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Esr

Nmr

Cqed

Résumé

La thèse s'inscrit dans le contexte d'un projet de longue haleine qui vise à développer une architecture de processeur quantique à base de qubit de spins dans un dispositif quantique hybride couplant spins et circuits supraconducteurs. Le projet s'appuie sur une méthode originale de détection de spin électronique par fluorescence micro-onde à 10mK, récemment développée au CEA Saclay. Dans cette méthode, le spin électronique est couplé inductivement à un résonateur supraconducteur déposé sur le cristal contenant le spin. Après excitation, le spin relaxe en émettant un photon micro-onde qui est détecté par un compteur de photons micro-ondes basé sur un qubit supraconducteur de type transmon. La méthode a été démontrée en particulier sur des ions erbium Er3+ dans une matrice de CaWO4. Le but de la thèse sera maintenant de démontrer qu'un ion Er3+ peut être employé pour interfacer et caractériser un petit registre de spins nucléaires de tungstène (isotope W183) qui lui sont couplés par interaction hyperfine. Il s'agira tout d'abord de développer les méthodes d'interfaçage (séquences d'impulsion) appropriées, puis de mesurer les propriétés des spins nucléaires du registre (temps de cohérence, fidélité d'opération, intrication).

The thesis context is a long-term project aiming at developing a quantum processor architecture based on spin qubits in a hybrid quantum device coupling spins and superconducting circuits. The project relies on an original method for detecting an electronic spin by microwave fluorescence at 10mK, that was recently developed at CEA Saclay. In this method, the electronic spin is coupled inductively to a superconducting resonator deposited on top of the crystal containing the spin. After being excited, the spin relaxes by emission of a microwave photon, which is then detected by a microwave photon counter based on a superconducting qubit of the transmon type. The method was demonstrated in particular for Erbium ions Er3+ in a matrix of CaWO4. The thesis goal will be now to demonstrate that one Erbium ion Er3+ can be employed for interfacing and characterizing a small nuclear spin qubit register of tungsten (W183 isotope) that are coupled by hyperfine interaction. There will first be the need to develop the appropriate interfacing methods (pulse sequences), then to measure the nuclear spin register properties (coherence time, gate error, entanglement)