Ultra-fast electronic pulse control at cryogenic temperatures

par Martin Schalk

Thèse de doctorat en Physique de la matière condensée et du rayonnement

Sous la direction de Christopher Bauerle.

Soutenue le 12-11-2019

à l'Université Grenoble Alpes (ComUE) , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Institut Néel (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Olivier Bourgeois.

Le jury était composé de Clemens Winkelmann, Stephan Ludwig.

Les rapporteurs étaient Yong Jin, Christophe Chaubet.

  • Titre traduit

    Contrôle électronique ultra-rapide de l'impulsion à températures cryogéniques


  • Résumé

    Synchronisation ultra-rapide, mise en forme d’impulsions et commutation efficace sont au cœur des mesures précises. L’objectif de ce projet de thèse est d’apporter le contrôle électronique ultra-rapide aux circuits nanométriques refroidis à des températures de l’ordre du mK. L’opération quantique rapide rapprochera le domaine de l’optique électronique quantique de son homologue photonique avec des applications pour un contrôle électronique rapide et efficace des dispositifs quantiques. Les dispositifs expérimentaux développés au cours de ce projet de thèse sont décrits et testés de manière à esquisser également les possibilités d’intégration dans les technologies quantiques. Dans un premier temps, une impulsion de tension de forme lorentzienne Γ = (76 ± 2) ps est mesurée de manière résolue dans le domaine temporel à des températures cryogéniques. Ensuite, les dérives de phase et d’amplitude sont analysées et optimisé avec le spectre de bruit. Un nouveau dispositif de génération d’impulsions utilisant un générateur de peigne est ensuite décrit et testé. Enfin, un futur réalisation d’une expérience d’interférence quantique par manipulation et détection dans un conducteur quantique est décrite, de même que les défis posés pour les dispositives quantiques à basse température et ses interconnexions.


  • Résumé

    Ultra-fast synchronization, pulse shaping, and efficient switching are at the heart of precise measurements. The aim of this thesis project is to bring ultra-fast electronic control to small nano-metric circuits cooled down to mK temperatures. The fast quantum operation will bring the field of quantum-electronic optics closer to its photoniccounterpart with applications for fast and efficient electronic control in quantum devices. To this end, the experimental setups developed during the thesis project are described and tested in a way to outline also possible device integration for scalable solid-state quantum technology. As a first step, a Lorentzian-shaped voltage pulse with a full width half maximum Γ = (76 ± 2) ps is measured in a time-resolved manner at cryogenic temperatures. Secondly, the phase and amplitude drifts are analyzed and optimized together with the noise spectrum. A new pulse generation setup using a microwave frequency comb generator is then described and tested. Finally, a future realization of a quantum interference experiment by manipulating and detecting electronic pulses in a quantum conductor is described along with challenges for low-temperature quantum hardware and interconnects.


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