Implémentation d'un bit quantique dans un circuit supraconducteur / Implementation of a quantum bit in a superconducting circuit
Résumé
It has been recently realized that quantum machines could perform difficult mathematical tasks such as factoring large numbers exponentially faster than classical computers. The building blocks of a quantum computer, namely the quantum bits, are quantum two level systems which must satisfy severe requirements. Among the numerous systems proposed to implement a quantum bit, electronic circuits are appealing candidates because they are easily scalable. The purpose of this thesis was to implement a quantum bit with a superconducting circuit based on Josephson junctions, the ``Cooper pair box''. The state of this box can be determined by measuring either a current or a charge. In this thesis, three different strategies for implementing the quantum bit were studied, each one differing in the readout scheme used to measure the state of the box. For each strategy, the lifetime of a coherent superposition of quantum states is evaluated, and the associated measuring apparatus is tested experimentally. This study allows to find out the most promising strategy, which is implemented in this thesis work under the name ``quantronium''. The state of the quantronium is manipulated using microwave pulses. We have determined the life-time of a coherent superposition of states in this circuit. This time is significantly longer than the time needed for single quantum bit operations.
Il existe des projets d'ordinateurs quantiques pour résoudre certains problèmes difficiles, comme la factorisation des grands nombres, beaucoup plus rapidement qu'avec un ordinateur classique. L'unité de base de l'ordinateur quantique est un système quantique à deux niveaux nommé bit quantique, qui doit satisfaire des critères très stricts. Parmi les nombreux systèmes proposés pour réaliser un bit quantique, les circuits électroniques sont des candidats intéressants en raison de leur grande intégrabilité. L'objet ce cette thèse est de réaliser un bit quantique à partir d'un circuit supraconducteur à base de jonctions Josephson nommé ``boîte à paires de Cooper''. L'état de cette boîte peut être déterminé soit par une mesure de courant, soit par une mesure de charge. Dans cette thèse sont étudiées trois différentes stratégies pour réaliser le bit quantique, qui diffèrent par le mode de lecture de l'état de la boîte. Pour chaque stratégie, le temps de vie d'une superposition cohérente d'états de la boîte est évaluée théoriquement et l'appareil de mesure associé est testé expérimentalement. Cette étude permet de déterminer la stratégie la plus prometteuse qui est finalement implémentée dans ce travail de thèse sous le nom de ``quantronium''. L'état du quantronium a été manipulé à l'aide d'impulsions radiofréquence, et le temps de vie d'une superposition quantique d'états de ce circuit a été déterminée. Ce temps est suffisamment long pour envisager la construction de portes logiques élémentaires.
Loading...