Cooper pair box circuits : two-qubit gate, single-shot readout, and current to frequency conversion

par François Nguyen

Thèse de doctorat en Physique quantique

Sous la direction de Daniel Estève.

Soutenue en 2008

à Paris 6 .

mots clés

• Informatique quantique
• Supraconductivité
• Jonction Josephson
• Métrologie
• Cohérence quantique
• Physique mésoscopique
• Bit quantique
• Oscillations de Bloch

Titre traduit

Circuits basés sur la boite à paire de Cooper : porte à deux qubits, lecture en un coup et conversion d'un courant en fréquence

Résumé

Cette thèse porte sur le développement de circuits supraconducteurs à jonctions Josephson, issus de la boîte à paire de Cooper, pour réaliser des bits quantiques (qubits). La version quantronium de ce circuit avait déjà démontré une cohérence quantique assez bonne pour faire des portes logiques à un qubit. Pour réaliser des portes logiques à deux qubits, nous avons développé un circuit, le quantroswap, fait de deux quantroniums couplés, chaque qubit pouvant être piloté et mesuré séparément. Nous avons démontré l’échange cohérent d’état entre les deux qubits, mais aussi observé un effet rédhibitoire d'instabilité dans ces qubits. Pour l’éviter, nous avons réalisé un nouveau circuit fait d’une boite à paires de Cooper insensible au bruit en charge électrique et stable, couplée à un résonateur non linéaire pour sa lecture. Nous avons obtenu un temps de cohérence long (~1 μs), et une très bonne fidélité de lecture (90%) du qubit en utilisant le phénomène de bifurcation. Dans un but métrologique, la mesure par réflectométrie microonde du quantronium a aussi permis de relier un courant I injecté dans le circuit à la fréquence f=I/2e des oscillations de Bloch induites.

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