Couplage entre un bit quantique de spin de trou dans le silicium et un résonateur supraconducteur

par Cécile Yu

Projet de thèse en Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement

Sous la direction de Marc Sanquer, Romain Maurand et de Benoit Bertrand.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Physique , en partenariat avec PHotonique, ELectronique et Ingéniérie QuantiqueS (laboratoire) depuis le 22-10-2018 .


  • Résumé

    Le principal objectif du projet de thèse est d'explorer une nouvelle voie de la spintronique quantique dans le silicium. Le projet a pour but d'étudier les spins de trou confinés dans une boite quantique en silicium pour la mise en place d'une interaction spin-spin de longue distance permettant le transfert d'information quantique entre des spin qubits éloignés. L'objectif est d'utiliser le champ de photon d'une cavité supraconductrice micro-onde on-chip comme un médiateur pour cet interaction. Dans le cadre de ce projet, une étroite collaboration entre CEA-LETI et CEA-INAC sera mise en place, en effet le projet se base la technologie silicon-on-insulator disponible à la plateforme 300-mm CMOS du CEA-LETI pour la fabrication de qubits et sur l'expertise du CEA-INAC pour la mesure des spin qubits à très basse température et la fabrication de nanocomposants à la PTA Grenoble. Le travail de thèse se portera sur la nanofabrication, le design de circuit micro-onde, les mesures de transport à basse température, la manipulation et la détection de spin électrique à haute fréquence. Sur le plan technologique, le projet a pour but de réaliser la co-intégration de qubit de spin (fabriqué au LETI) et du résonateur supraconducteur micro-onde fabriqué à la salle blanche de la PTA par l'INAC. Le candidat de la thèse travaillera avec le LETI afin de définir le set de nouvelles masques pour la fabrication des composants CMOS, et fabriquera les résonateurs micro-ondes compatibles avec la fabrication CMOS qu'il/elle aura préalablement simulé. Les mesures des composants fabriqués seront menées à l'INAC dans des cryostats (T<10mK). Après la co-intégration réussie, le candidat pourra réaliser le transfert d'information quantique entre le qubit de spin dans le silicium et un photon micro-onde piégé du résonateur supraconducteur micro-onde. Ce projet de thèse, sous condition de réussite, ouvrira la voie au CEA LETI et INAC vers les processeurs quantiques, celle des circuits quantiques electrodynamique avec les qubits de spin dans le silicium. Ce projet de thèse s'inscrit dans le projet ERC LONGSPIN de R. Maurand attribué en 2017.

  • Titre traduit

    Coupling CMOS silicon hole spin qubits to superconducting resonators


  • Résumé

    The main goal of the PhD student is to explore a complete new path for quantum spintronics in silicon. The project aims to study the potential of hole spins confined in a silicon QDs for implementation of a long-range spin-spin interaction enabling the transfer of quantum information between distant spin qubits. The goal is to use the photon field of an on-chip superconducting microwave cavity as a mediator for this interaction. The project implies a close collaboration between CEA-LETI and CEA-INAC since it will be based first on the state-of-the-art silicon-on-insulator technology available at the 300-mm CMOS platform of CEA-LETI for qubit device fabrication and on the expertise of CEA-INAC to measure spin qubits at very low temperature as well as to fabricate nanodevices at the PTA Grenoble. The PhD work will be based on nanofabrication, microwave circuit design, low-temperature transport measurements, high-frequency electrical spin manipulation and detection. On the technology side the project plans to achieve the co-integration of CMOS spin qubit devices (fabricated at CEA-LETI) together with superconducting microwave resonators realized by CEA-INAC at the PTA cleanroom. The PhD candidate will work with CEA-LETI to define new mask set for the CMOS device fabrication. On the other side with CEA-INAC the PhD candidate will simulate and fabricate microwave resonators compatible with the CMOS fabrication. Measurements of the fabricated devices will be carry at CEA-INAC in low temperature cryostats (T<10mK). The PhD candidate will carry spin qubit and microwave resonator measurements. Eventually once the co-integration successfully done, the candidate will be able to realize the transfer of quantum information between a silicon spin qubit and a microwave photon trapped in a superconducting microwave resonator. This PhD project, if reasonably successful, will push CEA-LETI and CEA-INAC towards circuit quantum electrodynamics with silicon spin qubits opening an interesting avenue towards quantum processors. This thesis project is closely connected to the ERC project LONGSPIN awarded to R. Maurand in 2017.