sonde d'une transition de phase quantique à l'aide d'un quantum bit supraconducteur

par Romaine Kerjouan

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Takis Kontos et de François Mallet.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec Laboratoire Pierre Aigrain (Paris) (laboratoire) et de Ecole normale supérieure (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2018 .


  • Résumé

    L'électrodynamique quantique en cavité (CQED), qui étudie l'interaction entre lumière et matière à son niveau le plus élémentaire, nous a appris à mesurer, manipuler ou encore coupler des systèmes quantiques individuels avec une extrême précision. Récemment, les mêmes méthodes ont été appliquées au domaine de la physique mésoscopique, donnant naissance à l'électrodynamique quantique mésoscopique (mesoQED). Dans ce contexte, les outils de la CQED ont déjà permis de sonder, avec une très haute sensibilité, la dynamique du spin ou de la charge dans des dispositifs nanométriques. Dans ce projet, nous allons exploiter une architecture de mesoQED que nous avons développée à partir de nanotubes de carbone afin d'étudier un système Kondo - le système fortement corrélé type. Le problème Kondo, découvert dans les alliages métalliques à impuretés magnétiques, a été étudié grâce à des expériences de transport dans des boîtes quantiques. Nos dernières mesures ont montré que nous pouvions étudier le problème Kondo d'une façon complètement nouvelle à l'aide d'une cavité micro-onde. La cavité est un détecteur linéaire : il est donc a priori très intéressant de la remplacer par un élément non-linéaire : nous pourrions ainsi explorer la dynamique de ce phénomène complexe. Pour ce faire, nous allons utiliser un qubit supraconducteur (un transmon) couplé à une boîte quantique Kondo via une cavité micro-onde. Grâce à des manipulations quantiques du transmon, nous espérons mesurer à la limite le phénomène Kondo et la transition de phase quantique qui lui est associée.

  • Titre traduit

    Monitoring a quantum phase transition with a superconducting qubit


  • Résumé

    Cavity quantum electrodynamics, which deals with interaction between light and matter at the at the most elementary level has taught us how to probe, manipulate and couple individual quantum systems with an exquisite accuracy. Recently, these methods have been developed in the context of mesoscopic physics. In such quantum electrodynamics (mesoQED) architectures, the tools of cavity QED have been shown to allow us probe with a very high sensitivity intricate charge or spin dynamics in nanoscale devices. In this project, we will build on our recently developed mesoQED architecture based on single wall carbon nanotubes, to study a Kondo system, which is the paradigmatic strongly correlated system. Such a problem, originally discovered in dilute magnetic alloys, has been studied with exquisite details using transport experiments in quantum dots. Our recent measurements have shown that one can study in a completely new fashion the Kondo problem with microwave cavity.The microwave cavity is a linear detector and it is a priori very interesting to replace it by a non linear one which would allow us to investigate the dynamics of this intricate phenomenon. We will therefore use a superconducting quantum bit (a transmon) coupled via a microwave cavity to a Kondo quantum dot. We expect through the quantum manipulation of the transmon to probe with a quantum limited sensitivity the Kondo phenomenon and the quantum phase transition associated to it.