Evaluation expérimentale d'éléments de calcul quantique (qubit) formés d'électrons piégés sur l'hélium liquide

par Emmanuel Rousseau

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Iouri Moukharski.

Soutenue en 2006

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Un électron au dessus de l’hélium présente un spectre quantifié. L’interaction avec l’environnement est estimée suffisamment faible afin de permettre la réalisation d’un bit quantique (qubit) en utilisant les deux premiers niveaux d’énergie. La première étape dans la réalisation de ce qubit consiste à piéger et à contrôler un unique électron. Ceci a été réalisé grâce à un jeu d’électrodes micro-fabriquées définissant un puits de potentiel dans lequel l’électron est piégé. Nous sommes capables avec un tel échantillon de piéger et de détecter un nombre variables d’électrons entre 1 et une vingtaine. Cela nous a alors permis d’étudier le comportement statique d’un petit nombre d’électrons dans un piège. Ils sont supposés cristallisés et formés des structures appelées molécules de Wigner. De telles molécules n’ont pas encore été observées avec des électrons au-dessus de l’hélium. Sans apporter de preuves formelles, nos résultats sont en faveur d’une cristallisation de Wigner. Nous avons ensuite essayé de caractériser plus précisément le qubit. Nous avons cherché à réaliser une lecture projective (dépendant de l’état du qubit) et une mesure du temps de relaxation. Les résultats ont été obtenus en excitant l’électron par un champ électrique incohérent. Une mesure propre du temps de relaxation nécessiterait un champ électrique cohérent. La conclusion ne peut donc pas être définitive mais il semblerait que le temps de relaxation soit plus court que calculé théoriquement. Cela est peut-être dû à une mesure de la relaxation entre les états d’oscillations dans le piège et non entre les états du qubit.

  • Titre traduit

    Experimental characterisation of quantum bits (qubits) realized with electrons over liquid helium


  • Résumé

    An electron on helium presents a quantized energy spectrum. The interaction with the environment is considered sufficiently weak in order to allow the realization of a quantum bit (qubit) by using the first two energy levels. The first stage in the realization of this qubit was to trap and control a single electron. This is carried out thanks to a set of micro-fabricated electrodes defining a well of potential in which the electron is trapped. We are able with such a sample to trap and detect a variables number of electrons varying between one and around twenty. This then allowed us to study the static behaviour of a small number of electrons in a trap. They are supposed to crystallize and form structures called Wigner molecules. Such molecules have not yet been observed yet with electrons above helium. Our results bring circumstantial evidence for of Wigner crystallization. We then sought to characterize the qubit more precisely. We sought to carry out a projective reading (depending on the state of the qubit) and a measurement of the relaxation time. The results were obtained by exciting the electron with an incoherent electric field. A clean measurement of the relaxation time would require a coherent electric field. The conclusion cannot thus be final but it would seem that the relaxation time is shorter than calculated theoretically. That is perhaps due to a measurement of the relaxation between the oscillating states in the trap and not between the states of the qubit.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (168 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 167-168

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2006)228
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