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Electronic flying Qubits

General Scope :

Coherent manipulation of single electrons in solid-state devices is attractive for quantum information purposes because they have a high potential for scalability. Depending on the system used, the charge or the spin may code binary qubit information. A particular appealing idea is to use a single flying electron itself as the conveyor of quantum information. Such electronic flying qubits allow performing quantum operations on qubits while they are being coherently transferred.

Information processing typically takes place in the nodes of the quantum network on locally controlled qubits, but quantum networking would require flying qubits to exchange information from one location to another. It is therefore of prime interest to develop ways of transferring information from one node to the other. The availability of flying qubits would enable the possibility to develop new non-local architectures for quantum computing with possibly cheaper hardware overhead than e.g. surface codes. The aim of our research is to establish a unique innovative platform for creating, manipulating and detecting single-electron wave packets in semiconductor quantum circuits and exploit them for quantum technologies.

This will include the development of (i) a picosecond on-demand coherent single-electron source and (ii) single-shot detection of propagating SEWP at the discrete charge level. With these technological breakthroughs we will be able to address (iii) quantum interferometry at the single-charge level. We will demonstrate the elementary building blocks that will be used for implementing a flying quantum bit. This will be combined with (iv) the development of a new software for predictive simulation and optimization of ultrafast quantum devices in collaboration with CEA Grenoble.

Further reading

  • C. Bäuerle, D. C Glattli, T. Meunier, F. Portier, P. Roche, P. Roulleau, S. Takada, X. Waintal, Coherent control of single electrons : a review of current progress, Rep. Prog. Phys. 81 056503 (2018)
  • C. Bäuerle, T. Meunier and C. J. B. Ford, in Surface acoustic wave roadmap, Topical Review, J. Phys. D : Appl. Phys. 52 353001 (2019)

Collaboration and networking :

  • nanoelectronics group, Saclay (C. Glattli & P. Roulleau)
  • theory group, CEA Grenoble (X. Waintal & C. Groth)
  • Quantum Metrology Laboratory, AIST, Tsukuba, Japan (S. Takada & N. Kaneko)
  • RIKEN, Japan (M. Yamamoto)
  • Ruhr-Universität Bochum, Germany (A.D. Wieck)

Funding

The projects are funded through the Agence National de Recherche (ANR) and the European Community in its program H2020-FET-OPEN.

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