Quantum backaction and feedback in superconducting circuits

par Philippe Campagne-Ibarcq

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Benjamin Huard et de Michel Devoret.

Soutenue le 26-06-2015

à Paris, Ecole normale supérieure , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec Laboratoire Pierre Aigrain (Paris) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Backaction et retour quantiques dans les circuits supraconducteurs


  • Résumé

    Cette thèse décrit une série d’expériences mettant en lumière l’action en retour de la mesure et la décohérence pour un système quantique ouvert élémentaire, le qubit supraconducteur. Ces observations sont rendues possibles grâce au développement récent d’amplificateurs Josephson proches de la limite quantique. L’information extraite du système peut être utilisée dans des boucles de rétroaction quantique. Pour stabiliser un état arbitraire prédéterminé du qubit, une mesure projective est réalisée périodiquement et une boucle de rétroaction permet de corriger les erreurs détectées. En se substituant à l'environnement et en réalisant une mesure hétérodyne continue de la fluorescence du qubit, nous reconstituons des trajectoires quantiques individuelles lors de sa relaxation. En conditionnant cette détection au résultat d'une mesure projective postérieure, nous déterminons les weak values du signal de fluorescence. En formant une boucle de rétroaction continue à partir de ce signal, nous stabilisons également un état arbitraire du qubit. Enfin, nous observons dans une dernière expérience la dynamique quantique Zénon d'un mode micro-onde, induite par son couplage au qubit.


  • Résumé

    This thesis presents a series of experiments highlighting measurement back action and decoherence in a basic open quantum system, the superconducting qubit. These observations are enabled by recent advances in amplification close to the quantum limit using Josephson circuits. The information extracted from the system can then be used as input in quantum feedback. A stroboscopic projective readout is performed and a feedback loop is used to correct for detected errors, thus stabilizing an arbitrary predetermined state of the qubit. When monitoring continuously the environment of the qubit by heterodyne detection of its fluorescence, we reconstruct individual quantum trajectories during relaxation. Conditioning this detection to the outcome of a following projective measurement, we access the weak values of the fluorescence signal. Included in a continuous feedback loop, this detection is also used to stabilize an arbitrary state of the qubit. Finally, a last experiment witnesses quantum Zeno dynamics of a resonant microwave mode, entailed by its coupling to the qubit.


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