Dynamique quantique des qubits de terres rares

par Achuthan Manoj kumar

Projet de thèse en PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : MATIERE CONDENSEE et NANOSCIENCES

Sous la direction de Sylvain Bertaina.

Thèses en préparation à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille) , en partenariat avec IM2NP - Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (laboratoire) depuis le 01-10-2023 .


  • Résumé

    Cette recherche menée au sein du groupe de Magnetism (MAG) à l'IM2NP, Université Aix-Marseille, sous la supervision du Dr. Sylvain Bertaina, se concentre sur la dynamique quantique des qubits de terres rares. Le groupe MAG se spécialise dans les études de résonance électronique de spin (ESR) des matériaux paramagnétiques, ferromagnétiques et antiferromagnétiques, explorant leurs propriétés magnétiques exotiques. Les technologies quantiques ont suscité une attention considérable en raison de leur potentiel de supériorité par rapport aux technologies classiques dans des domaines tels que l'informatique quantique, la métrologie quantique et la cryptographie quantique. Cependant, un défi majeur réside dans l'établissement d'une interface de communication entre les unités de calcul sans compromettre l'information quantique. Pour permettre les futurs réseaux quantiques, une interface cohérente entre les photons optiques et les degrés de liberté présentant de longs temps de cohérence, tels que le spin électronique, est essentielle. Les ions de terres rares ont montré des promesses en tant que qubits en raison de leurs propriétés de photoluminescence, suscitant l'enthousiasme dans le domaine. Pour relever les défis liés au temps de cohérence, cette recherche propose d'exploiter les "transitions d'horloge" des ions de terres rares, qui sont moins sensibles au bruit magnétique, une source significative de perte d'information quantique. Pour ce faire, un spectromètre de résonance paramagnétique électronique (EPR) à fréquence réglable sera développé. En étudiant la dynamique quantique des qubits de terres rares, cette recherche vise à améliorer notre compréhension de leur comportement et de leurs propriétés. Le développement d'un spectromètre EPR réglable en fréquence permettra des mesures précises et un contrôle optimal des qubits. En exploitant les transitions d'horloge, moins sensibles au bruit magnétique, la durée de cohérence des qubits de terres rares sera prolongée. Les résultats de cette recherche ont des implications pour l'avancement des technologies quantiques, en particulier pour l'amélioration de la stabilité et de la fiabilité des systèmes de traitement de l'information quantique. L'utilisation de qubits de terres rares et le développement d'un spectromètre EPR réglable atténueront l'impact du bruit magnétique, ouvrant la voie à des réseaux quantiques plus efficaces et robustes. En résumé, cette recherche explore la dynamique quantique des qubits de terres rares, en mettant l'accent sur l'utilisation des transitions d'horloge et le développement d'un spectromètre EPR réglable en fréquence. Les conclusions ont le potentiel de contribuer de manière significative à l'avancement des technologies quantiques, permettant l'établissement d'interfaces de communication fiables dans les futurs réseaux quantiques.

  • Titre traduit

    Quantum dynamics of rare earth qubits


  • Résumé

    This research conducted in the Magnetism group (MAG) at IM2NP, Aix-Marseille University, under the supervision of Dr. Sylvain Bertaina, focuses on the quantum dynamics of rare earth qubits. The MAG group specializes in electron spin resonance (ESR) studies of paramagnetic, ferromagnetic, and antiferromagnetic materials, exploring their exotic magnetic properties. Quantum technologies have gained significant attention due to their potential superiority over classical technologies in areas such as quantum computing, quantum metrology, and quantum cryptography. However, a major challenge lies in establishing a communication interface between computing units without compromising quantum information. To enable future quantum networks, a coherent interface between optical photons and degrees of freedom with long coherence times, such as electronic spin, is essential. Rare earth ions have shown promise as qubits due to their photoluminescence properties, generating excitement in the field. To address coherence time challenges, this research proposes leveraging the "clock transitions" of rare earth ions, which are less sensitive to magnetic noise, a significant source of quantum information loss. To achieve this, a frequency-adjustable electron paramagnetic resonance (EPR) spectrometer will be developed. By investigating the quantum dynamics of rare earth qubits, this research aims to enhance our understanding of their behavior and properties. The development of a frequency-adjustable EPR spectrometer will enable precise measurements and control of the qubits. Leveraging the clock transitions, which are less susceptible to magnetic noise, will extend the coherence time of rare earth qubits. The outcomes of this research have implications for the advancement of quantum technologies, particularly in improving the stability and reliability of quantum information processing systems. The use of rare earth qubits and the development of an adjustable EPR spectrometer will mitigate the impact of magnetic noise, paving the way for more efficient and robust quantum networks. In summary, this research investigates the quantum dynamics of rare earth qubits, emphasizing the utilization of clock transitions and the development of an adjustable EPR spectrometer. The findings have the potential to significantly contribute to the progress of quantum technologies, enabling the establishment of reliable communication interfaces in future quantum networks.