Les bits quantiques supraconducteurs (Qubits) [1] attirent une attention croissante et des investissements publics importants au cours de ces dernières années des deux côtés de l’atlantiques. L'un des principaux défis est de conserver la cohérence / l'information quantique suffisamment longtemps pour pouvoir effectuer des calculs. De nos jours, les Qubits peuvent atteindre un temps de cohérence d'environ 100 μs [2] et les cavités supraconductrices ~100 ms ; les recherches actuelles visent à augmenter ces temps d'au moins un ordre de grandeur. Bien que ces deux dispositifs supraconducteurs (Qubits et cavités) soient très différents (température de fonctionnement, géométries etc…), des expériences récentes [3] indiquent que certains mécanismes microscopiques qui limitent leurs performances sont similaires : Des impuretés (systèmes à deux niveaux, impuretés magnétiques etc…) présentent au sein des diélectriques ou à l'interface entre le diélectrique et le film supraconducteur ont été identifiées comme des candidats potentiels à la perte de cohérence. De plus, les propriétés supraconductrices des films, et en particulier leurs variations spatiales [4], sont également des paramètres importants qui peuvent limiter les performances des Qubits et des cavités, et doivent donc être systématiquement caractérisés.
Les efforts de recherche actuels ont pour but d’identifier ces phénomènes microscopiques responsables de ces mécanismes de décohérence et éventuellement de fournir des solutions technologiques pour les surmonter. Nous proposons d'utiliser la ST et l’XPS comme techniques de surface pour mesurer 1 / les paramètres fondamentaux de la supraconductivité de surface que sont le gap, la Tc et les processus de diffusions inélastiques et 2 / la nature chimique d'impuretés de surface visibles à travers des signatures spectrales spécifiques sur des échantillons Qubit et de nouveaux supraconducteur/structures pour les cavités.
Il s’agit d’apporter une compréhension fine de ces phénomènes, d’établir des corrélations entre les mesures effectuées sur échantillons et les performances des dispositifs supraconducteurs et enfin de pouvoir proposer des solutions technologiques pour améliorer leurs performances.
L'étudiant sera formé la première année à l'utilisation de l'appareil de spectroscopie tunnel [5]. À la fin de la première année, il / elle devrait être autonome sur le banc de mesure.
La partie Qubits de ce projet de thèse est réalisée en collaboration avec le centre Superconducting Quantum Materials and System (SQMS) dans la région de Chicago (composé, entre autres, de Fermi National Accelerator Laboratory, Northwestern University, Illinois Institute of Technology et du Rigetti center) et le groupe Quantronic de l’IRAMIS. Différents procédés de fabrications seront examinés afin de réduire la présences d’impuretés en surface et d’améliorer leurs propriétés supraconductrices. En particulier ces procédés devront permettre d’améliorer l’homogénéité du gap supraconducteur et réduire le paramètre de diffusion inélastique Gamma en surface sur des échantillons de Niobium, aluminium, tantale et NbTiN. Ces mesures se feront directement sur les Qubits. Entre 10-15 échantillons seront mesurés.
Les échantillons films minces pour les cavités seront préparés au CERN et au CEA. Certains des échantillons sont fabriqués au CERN à base de matériaux supraconducteur à haute température critiques tels que Nb3Sn, V3Si sur des échantillons de cuivre dans le but d’augmenter la température de fonctionnement des cavités > 4.2 K. Des échantillons multicouches à base de composés nitrures supraconducteurs sont et seront fabriqués au CEA par Atomic Layer Deposition (ALD) avec traitements thermiques. Entre 20-30 échantillons seront mesurés.
Des cartographies chimiques par XPS peuvent être mesurées à SOLEIL (ANTARES) sous réserve d’acceptation du projet et au CEA avec Frédéric Miserque.
L'étudiant analysera également les données avec les logiciels de fit existants et pourra également être invité à développer de nouveaux programmes de fit. Le candidat présentera les résultats lors de conférences et ateliers internationaux et rédigera des articles.
L’étudiant rejoindra le laboratoire LIDC2 au CEA-Saclay qui fait partie de l’IRFU (Institut de la recherche sur les lois fondamentales de l’univers). L'étudiant sera sous la supervision de Thomas Proslier du LIDC2 (thomas.proslier@cea.fr), expert en spectroscopie tunnel des supraconducteurs, du Pr. John Zasadzinski, un expert de renommée mondiale en supraconductivité. L'appareil TS a été utilisé pour mesurer de nombreux échantillons supraconducteurs [4], y compris certains échantillons Qubits.
L'appareil TS a également la capacité de cartographier les propriétés supraconductrices de surface et les impuretés à des échelles latérales jusqu'à 1x1 mm ^ 2 avec des pas latéraux <1 µm. Les cartes permettront de révéler les inhomogénéités des signatures spectrales.
Les mesures XPS se feront au CEA et sur la ligne ANTARES au synchrotron SOLEIL (sous réserve d’acceptation de temps de faisceau).
Ce projet de thèse est une collaboration entre le CEA, le centre SQMS (Pr. John Zasadzinski, A. Grassellino et A. Romanenko), le groupe Quantronic de l’IRAMIS (Pr. P . Bertet et E. Flurin) et le CERN (G. Rosaz).
Nous recherchons un(e) étudiant(e) très motivé(e) avec une solide expérience en physique de la matière condensée et des connaissances en supraconductivité. Ce projet est essentiellement expérimental avec des une partie de programmation théorique (modèles d'ajustement) et logiciel.
Un bon niveau d'anglais est un plus mais pas obligatoire.
Des connaissances en programmation (Labview, C ++) sont un plus.
[1] “Superconducting quantum bits” J. Clarke, F.K. Wilhelm. Nature, 453, p.1031 2008.
[2] “Manufacturing low dissipation superconducting quantum processors” A. Nersisyan, S. Poletto, N. Alidoust, R. Manenti,R. Renzas, Cat-Vu Bui, K. Vu, T. Whyland, Y. Mohan, E. A. Sete, S. Stanwyck, A. Bestwick, and M. Reagory. arXiv:1901.08042v1.
[3] “Understanding Quality Factor Degradation in Superconducting Niobium Cavities at Low Microwave Field Amplitudes” A. Romanenko et al. Phys. Rev. Lett. 119, 264801 (2017).
[4] “Two-level systems in superconducting quantum devices due to trapped quasiparticles” S. deGraaf et al. Sci. Adv., 6, eabc5055 (2020).
[5] “Point Contact Tunneling Spectroscopy apparatus for large scale mapping of the surface superconducting properties.” N.R. Groll, M.J. Pellin, J.F. Zasadzinksi, and T. Proslier. Review of Scientific instrument 86, 095111 (2015).
Modifié 3 fois. Dernière modification le 29/04/22 16:38 par Proslier.