Thèse soutenue le 14 mai 2025 par Kirill
DUBOVITSKII pour obtenir le grade de docteur de l'Université Grenoble Alpes - Spécialité Physique théorique
Résumé :
Les performances de tout qubit physique sont limitées par des bruits parasites, ce qui constitue un véritable défi pour la construction d'un ordinateur quantique.
Pour remédier à ces limitations, le concept des codes de correction d'erreur quantique (QEC) est apparu. La QEC consiste à utiliser plusieurs qubits physiques pour encoder l'information, combinés en un seul qubit logique avec des taux d'erreur suffisamment faibles. Il a été démontré que l'utilisation de qubits du type "chat de Schrödinger" peut améliorer de manière significative les seuils de QEC. Les qubits de chat sont des systèmes quantiques dissipatifs sous pompage externe et diffèrent considérablement des qubits supraconducteurs conventionnels, ce qui rend leur étude intéressante d'un point de vue fondamental, en plus de leur importance pour la technologie quantique.
Dans cette thèse, nous menons une étude approfondie des erreurs dans les qubits de chat, en nous concentrant particulièrement sur les quasiparticules de Bogolyubov. Ces quasiparticules sont connues pour exister dans les qubits supraconducteurs même aux températures les plus basses. Contrairement aux paires de Cooper, les quasiparticules de Bogolyubov peuvent donner lieu à une dissipation et dégrader les performances des qubits supraconducteurs. Il est difficile de les atténuer car elles sont intrinsèques au circuit supraconducteur. Il est donc important de quantifier leur effet sur les qubits de chat.
La thèse couvre trois projets liés entre eux. Dans le premier projet, j'ai développé une théorie des perturbations pour le qubit de chat dissipatif, qui permet de prédire les durées de vie des qubits de chat en fonction de l'intensité de différents types de bruit. En particulier, j'ai calculé le taux de bit-flip qui est supprimé exponentiellement dans un qubit de chat, et mes expressions montrent un bon accord avec les simulations numériques. Dans le deuxième projet, j'ai étudié l'impact des quasiparticules de Bogolyubov sur les qubits de chat, y compris les versions Kerr et dissipatives. J'ai calculé les taux d'erreurs causées par les quasiparticules et j'ai constaté qu'en raison du pompage externe qui est intrinsèque aux qubits de chat, certains taux d'erreur diffèrent considérablement de ceux des qubits supraconducteurs conventionnels. J'ai également examiné la surchauffe potentielle des quasiparticules due à pompage. Dans le troisième projet, j'ai étudié le taux de déphasage pur induit par les quasiparticules de Bogolyubov. Le bruit causé par ces quasiparticules présente des corrélations à longue portée, ce qui empêche la détermination du taux de déphasage pur à l'aide d'approches standard perturbatives en la force de couplage. En utilisant la faible concentration de quasiparticules comme petit paramètre, j'ai déterminé le taux de déphasage pur et j'ai montré que la nature fermionique du bain de quasiparticules joue un rôle crucial.