Thèse soutenue le 09 juin 2021 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Nanophysique

Résumé :
En raison de la fidélité croissante des grilles et de la transférabilité potentielle à la technologie CMOS industrielle, les qubits de spin en silicium sont devenus une option incontournable dans la course pour le calcul quantique. Cependant, les qubits de spin de trous dans le silicium reste une plate-forme d’hébergement à peine explorée par rapport à leurs homologues d’électrons. Les spins de trous ont des propriétés intéressantes: par exemple, un fort couplage spin-orbite permet des rotations de spin cohérentes rapides en utilisant un champ électrique radiofréquence; aussi, on s’attend à de longs temps de cohérence dus à l’absence d’interaction hyperfine de contact. Dans cette thèse, nous menons des expériences sur des dispositifs à nanofils de silicium de type p pour tirer parti des propriétés mentionnés ci-dessus.
Afin d’ouvrir la voie à des processeurs quantiques à grande échelle, le développement de schémas de lecture de qubit évolutifs impliquant une surcharge minimale du dispositif est une étape convaincante. Nous rapportons ici la mise en œuvre de la réflectométrie RF couplée par grille pour la lecture dispersive d’un dispositif de qubit de spin de trou entièrement fonctionnel. Nous utilisons un transistor à double grille de type p fabriqué à l’aide de la technologie silicium au standard industriel. La première grille confine un ilot quantique de trou codant le qubit de spin, la seconde un ilot auxiliaire permettant la lecture. L’état du qubit est mesuré par la réponse de phase d’un résonateur à éléments localisés à un effet tunnel interdot sélectif en spin. Le schéma de lecture de qubit démontré ne nécessite aucun couplage à un réservoir de Fermi, offrant ainsi une solution compacte et potentiellement évolutive dont le fonctionnement peut être étendu au-dessus de 1 K.
Dans une architecture évolutive, chaque qubit de spin devra être finement réglé et ses conditions de fonctionnement déterminées avec précision. Dans cette perspective, les outils spectroscopiques compatibles avec une disposition évolutive des appareils sont d’une importance primordiale. Nous rapportons ici une technique de spectroscopie à deux tons donnant accès au spectre de niveau d’énergie dépendant du spin d’un double ilot quantique à trous défini dans un dispositif de silicium à grille divisée. Une première tonalité de fréquence GHz entraîne la résonance de spin dipolaire électrique activée par le couplage spin-orbite en bande de valence. Une deuxième tonalité de fréquence inférieure (?500 MHz) permet une lecture dispersive via la réflectométrie à grille RF. Nous comparons la réponse dispersive mesurée à la réponse linéaire calculée dans un modèle Jaynes-Cummings étendu et nous obtenons des paramètres caractéristiques tels que les facteurs g et les couplages tunnel/spin-orbite pour une occupation paire et impaire.

Jury :
Président : Monsieur Hervé Courtois
Rapporteur : Monsieur Takis Kontos
Rapporteur : Monsieur John Julian Larrarte Morton
Examinateur : Monsieur Pasquale Scarlino
Examinateur : Monsieur Xavier Waintal
Directeur de thèse : Monsieur Silvano De Franceschi

Mots clés :
Informatique quantique, silicone, qubit, trou, spectroscopie, spin

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