Contrôle d'un qubit NV0 à l'échelle nanométrique

par Noémie Bonnet

Projet de thèse en Nanophysique

Sous la direction de Mathieu Kociak et de Luiz Galvao tizei.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Laboratoire de Physique des Solides (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 30-09-2018 .


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous chercherons de nouvelles voies pour l'étude et le contrôle de bits quantiques (Qubit) à l'échelle nanométrique, en s'appuyant sur une approche totalement différente de celles établies. Si nous nous en tenons à un type bien connu de Qubit très cohérent à l'échelle atomique, (les défauts ponctuels dans les solides), nous introduirons en revanche l'utilisation d'une combinaison de techniques radio-fréquences et de faisceaux focalisés d'électrons libres avec une énergie cinétique élevée (entre 30 et 100 keV) et une résolution spatiale de l'ordre du nm ou moins pour les adresser et les manipuler. Une telle approche doit être comparée à la résolution micrométrique typique à laquelle de tels types de Qubits sont habituellement étudiés et manipulés en utilisant des techniques optiques. Notre espoir est d'initier un tout nouveau champ d'investigation au sein des technologies quantiques, visant à résoudre à la fois les problèmes de cohérence et de mise à l'échelle de dispositifs quantiques. Pour atteindre ces deux objectifs, nous pouvons diviser le programme de travail en étapes majeures: 1) concevoir, optimiser et construire une cavité RF à l'intérieur d'un microscope électronique en transmission pour adresser un centre lacune-azote neutre (NV0) dans le diamant; 2) comprendre l'interaction entre les champs électriqueset RF avec les niveaux électroniques NV0; 3) optimiser le fonctionnement in situ de ce dispositif dans le microscope électronique; 4) démontrer une opération du qubit (préparation et détection d'états cohérents);

  • Titre traduit

    Controlling a NV0 qubit at the nanoscale


  • Résumé

    In this thesis, we propose a new path towards the study and control of quantum bits (Qubit) at the nanoscale, based on new approach. If we stick to a well-known type of Qubit that has a long coherence time, we introduce the use of a combination of radio-frequency techniques and focused beams of free electrons with a high kinetic energy ( between 30 and 100 keV) and a spatial resolution of the order of one nm or less to address and manipulate it. Such an approach should be compared to the conventional micrometric resolution at which Qubit types are commonly studied and manipulated using optical techniques. Our hope is to initiate a whole new field of investigation within quantum technologies, to solve both the problems of coherence and scaling of quantum devices. To achieve these two goals, we will divide the work program into major steps: 1) design, optimize and build a RF cavity inside a transmission electron microscope to adress individual nitrogen vacancy (NV) center in diamond; 2) understand the interaction between electric and RF fields with NV0 electronic levels; 3) optimize the in situ operation of this device in the electron microscope; 4) demonstrate a qubit operation (preparation and detection of coherent states);