Traitement intégré pour la lecture massive de bits quantiques

Publié le : 14 mars 2021

Les récentes avancées sur les bits quantiques (Qubits) de spin d’électron offrent des perspectives d’intégration massives de Qubits afin de former les briques de base du futur ordinateur quantique. La polarisation individuelle des boites quantiques, la manipulation sélective de certains spins et la lecture de l’ensemble de la matrice sont des enjeux actuels générant un rapprochement fertile entre la communauté des physiciens et des micro-électroniciens. Les verrous identifiés sont notamment la vitesse et la fidélité de la lecture, la mutualisation des connexions limitées dans les cryostats, et le budget de consommation réduit pour le système électronique de lecture. Afin de faire face à ces verrous, l’activité de recherche de notre groupe s’articule autour de la conception de l’électronique proche Qubit, ce qui est une étape indispensable afin de concevoir un cœur de calcul quantique composé de plusieurs milliers voir millions de Qubits.

Cette thèse s’inscrit dans la thématique de l’ingénierie quantique afin de proposer des architectures intégrées de lecture de bits quantiques. A l’aide de modèles compacts de Qubits, de Single Electron Transistors, et de dispositifs quantiques, le/la doctorant.e participera à la conception en technologie 28nm d’une chaine complète de lecture permettant de lire l’état d’une matrice entière de qubits à température cryogénique. Le/la doctorant.e étudiera au niveau système (Matlab, Simulink) les architectures de chaines de lectures, et concevra ensuite les fonctions nécessaires à la réalisation d’une ou plusieurs chaines (TIA, amplificateurs, mixeurs, intégrateurs, oscillateurs, etc.) en électronique intégrée sous Cadence Virtuoso. Avec le support de l’équipe de micro-électroniciens du CEA-Léti, il/elle aura l’occasion d’explorer des architectures innovantes mêlant comportements quantiques et microélectronique mixte. Les circuits ainsi conçus seront ensuite testés expérimentalement sur dispositifs quantiques à température cryogénique (<4K) avec le support de la plateforme cryogénique de l'INAC et de l'institut Néel.

Les compétences développées seront les suivantes : physique quantique (10%), modélisation semi-conducteur à basse température (10%), électronique analogique et mixte CMOS (40%), caractérisations cryogéniques (30%), rédaction de publications scientifiques (10%).

Si vous êtes intéressé.e, merci d'envoyer votre CV et lettre de motivation à adrien.morel@cea.fr

[1] M. Zurita, L. Le Guevel, G. Billiot, A. Morel, X. Jehl, A.G.M. Jansen, G. Pillonnet, " Cryogenic Current Steering DAC With Mitigated Variability ", Solid-State Circuits Letters, in press.

[2] L. Le Guevel et al., " A 110mK 295µW 28nm FDSOI CMOS Quantum Integrated Circuit with a 2.8GHz Excitation and nA Current Sensing of an On-Chip Double Quantum Dot ", ISSCC 2020, pp. 306-308, 2020.

[3] L. Le Guevel, G. Billiot, S. De Franceschi, A. Morel, X. Jehl, A.G.M. Jansen, G. Pillonnet, " Compact gate-based read-out of multiplexed quantum devices with a cryogenic CMOS active inductor ", in press.

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