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QCMX

par Peretti Jacques - publié le

Notre but est d’explorer les propriétés quantiques des circuits électroniques et de la matière. La stratégie consiste à coupler des circuits supraconducteurs, habituellement utilisés pour traiter l’information quantique, à des matériaux afin de sonder leurs propriétés quantiques et découvrir de nouveaux états électroniques de la matière. Ceci pourrait permettre d’identifier de nouveaux porteurs d’information quantique et de simuler des problèmes quantiques complexes à plusieurs corps.

Contacts : Landry Bretheau ou Jean-Damien Pillet

Un des ingrédients cruciaux pour le fonctionnement des circuits quantiques est la non-linéarité apportée par un composant électronique non-dissipatif appelée jonction Josephson. Ces jonctions sont généralement faites de deux supraconducteurs couplés par effet tunnel à travers une mince barrière isolante. Il existe cependant une plus large classe de jonctions Josephson où les supraconducteurs sont connectés par des conducteurs quantiques, comme le graphène, les nanofils semiconduteurs ou les nanotubes de carbone. Dans ces systèmes, peu exploités dans le contexte des circuits quantiques, la physique est plus riche car ils hébergent des degrés de liberté supplémentaires associés aux propriétés électroniques des conducteurs quantiques.

L’activité QCMX a pour but d’utiliser cette ressource inexploitée pour designer de nouveaux dispositifs quantiques, notamment grâce au développement d’une croissance ultra-propre de nanotubes de carbone pouvant être intégrés dans des circuits supraconducteurs. De telles jonctions Josephson hébergent alors des excitations électroniques élémentaires dans la gamme d’énergie GHz qu’il est possible de contrôler quantiquement grâce à des signaux micro-onde. Nos circuits, placés dans une cavité micro-onde afin de le protéger de la décohérence due à l’environnement, permettront de détecter de nouveaux états électroniques de la matière comme, par exemple, des États Liés d’Andreev, des fermions de Weyl ou des fermions de Majorana.

Les architectures de circuits quantiques hybrides tels que développées au sein de l’activité QCMX offrent d’immenses perspectives pour la simulation quantique, notamment pour répondre à des questions modernes de physiques fondamentales.
Par exemple, une charge piégée dans un nanotube ou un nanofil semiconducteur, connectée en parallèle à une jonction Josephson peut simuler le problème d’un spin 1/2 immergé dans un champ magnétique dépendant de l’espace. Dans le régime quantique, le degré de liberté de spin et de position sont intriqués et obéissent à une dynamique jointe d’une grande complexité. Cette expérience permettrait de comprendre plus en détails le modèle spin-boson qui est au cœur de la description de la dissipation en physique quantique.

Au-delà de cette situation élémentaire, il est possible d’imaginer des systèmes plus complexes basés sur des réseaux de plusieurs objets quantiques. Par exemple, un nanotube de carbone connecté à de multiples électrodes supraconductrices peut se comporter comme un réseau de boîtes quantiques. Des stratégies permettant d’envisager la téléportation quantique d’électrons au sein d’un tel dispositif sont actuellement élaborées.

Cette activité s’appuie sur le développement de techniques expérimentales qui permettent la réalisation et la manipulation de circuits quantiques hybrides avec un accès à des températures proche du zéro absolu (quelques mK), de l’équipement dans la gamme micro-onde pour le contrôle quantique et des outils de nanofabrication pour la création de nouvelles architectures.