Ingénierie de systèmes quantiques pour une mise à l’échelle compatible aux plateformes industrielles de microélectronique

Abstract

Les travaux présentés dans cette thèse couvrent le développement de systèmes quantiques compatibles aux méthodes de fabrications de la microélectronique. Plus particulièrement, l’ingénierie de microaimants individuels ou en réseaux, vise à favoriser le couplage entre le spin et la charge des électrons dans des architectures de qubits semiconducteurs afin d’en améliorer les propriétés et favoriser leur mise à l’échelle. D’abord, un guide de conception basé sur des simulations numériques permet l’optimisation d’aimants pour les qubits de spin unique dans les boîtes quantiques. Les architectures résultantes visent la minimisation de l’impact du bruit électrique tout en favorisant des opérations logiques rapides et compatibles avec la mise à l’échelle des qubits en un réseau linéaire. Suivant les lignes directrices établies, une plateforme de fabrication de caractérisation et d’intégration d’aimants est présentée. La caractérisation d’aimants individuels valide les résultats de simulations numériques, alors que l’intégration de ceux-ci à des boîtes quantiques à l’état de l’art pose des balises pour les développements futurs. Dans l’objectif d’explorer des structures industrielles pour la mise à l’échelle des qubits de spin, des dispositifs entièrement fabriqués en fonderie sont caractérisés. Ces dispositifs montrent une reproductibilité remarquable pour l’opération de transistors classiques et permettent l’identification des lacunes issues des modèles théoriques aux basses températures. La formation de boîtes quantiques est démontrée et différents régimes d’opérations sont explorés. Finalement, une architecture à base de gaz bidimensionnel d’électrons et de réseaux d’aimants est proposée pour l’étude d’états liés de Majorana. L’optimisation numérique de ces réseaux permet d’envisager des signatures expérimentales de ces états dans une plateforme compatible aux méthodes industrielles de fabrication. Dans cette optique, la possibilité d’induire la supraconductivité dans un gaz d’électrons de Si/SiGe est explorée de façon à rassembler tous les ingrédients nécessaires à l’émergence de ces états.