Couplage lointain de qubits de spin de trou par intermédiaire d'un photon

Photon mediated long distant hole-spin qubits coupling

• Auteur / Autrice : Mathis Fragnol
• Direction : Romain Maurand
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement
• Date : Inscription en doctorat le 04/11/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PHotonique, ELectronique et Ingéniérie QuantiqueS

Mots clés

Mots clés libres

Strong coupling régime

Quantum electrodynamics

Spin entanglement

Superconducting resonators

Hole spin qubits

CQED

Régime de couplage fort

Electrodynamique quantique

Intrication de spin

Résonateur supraconducteur

Qubits de spin de trou

CQED

Résumé

Le couplage fort cohérent entre les photons et les qubits, sous la forme de l'électrodynamique quantique de circuit (QED), a été exploité pour la création de portes logique à deux qubits médiées par photons et pour la lecture quantique non-destructive quantique (QND) de haute fidélité, qui sont les éléments constitutifs de l'informatique quantique à grande échelle. Ce projet de thèse propose d'étendre le paradigme de la cQED aux qubits de spin dans les boites quantiques dans les semi-conducteurs afin de profiter du haut niveau de contrôle des états quantique et de lecture offert par la cQED. Pour ce faire, une nouvelle architecture de dispositif sera développée sur la base d'un assemblage flip-chip entre une puce de circuit supraconducteur aux fréquences RF et une puce de qubit de spin semi-conducteur. Cette nouvelle architecture utilisera des résonateurs micro-ondes supraconducteurs de haute qualité, qui seront utilisés pour l'intrication de spin à longue distance et de haute fidélité. En particulier, le projet de thèse se concentrera sur l'adaptation des améliorations des micro-ondes démontrées par le circuit quantique supraconducteur au cours des dernières décennies de la cQED de spin de trou afin d'atteindre un degré de contrôle et de cohérence sans précédent. Comme objectif ultime, cette nouvelle architecture permettra le test de l'inégalité de Bell sur les qubits de spin.

Coherent and strong coupling between photons and solid-state qubits, in the form of circuit quantum electrodynamics (QED), has been harnessed for two-qubit gates mediated by photons and for high-fidelity quantum non-demolition (QND) readout, which are the building blocks of large-scale quantum computation. This Thesis Project proposes to extend the paradigm of cQED to spin qubits in semiconductor quantum dot in order to profit from the exquisite level of quantum control and readout offered by cQED. To this end, a new device architecture will be developed based on a flip-chip assembly between a superconducting microwave circuitry chip and a semiconductor spin qubit chip. This new architecture will provide high quality superconducting microwave resonators, which will be leveraged for high fidelity long distance spin entanglement. In particular, the thesis project will focus on the adaptation of microwave improvements demonstrated by the quantum superconducting circuit during the last decades to hole-spin cQED in order to reach an unprecedented degree of control and coherence. As an ultimate goal, this new architecture will allow Bell's inequality test on condensed matter spin qubits.