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Manipulation d’électrons dans des réseaux de boîtes quantiques semiconductrices
et perspectives vers la mise à l’échelle

Salle des séminaires Amphi A : jauge 30 personnes max
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La seconde révolution quantique est en cours et porte la promesse d’exploiter tout le potentiel de la mécanique quantique afin de développer de nouvelles technologies. Parmi ces innovations, le domaine de l’information quantique propose un nouveau paradigme de calcul, en dehors de l’ordinateur classique basé des bits d’information 0 ou 1. L’informatique quantique offre un moyen de résoudre des problèmes de physique et de calcul qui ne peuvent pas être résolus en un temps raisonnable par les ordinateurs classiques en introduisant des bits quantiques (qubits) et des portes logiques quantiques. Cependant, les ordinateurs quantiques sont sujets à des erreurs, ce qui les oblige à encoder l’information d’un qubit logique dans plusieurs qubits physiques. Ainsi, un ordinateur quantique universel surpassant les meilleurs supercalculateurs actuels implique le contrôle de millions de qubits, loin des dizaines de qubits des systèmes actuels. Dans ce contexte, les qubits de spin dans des tableaux de boîtes quantiques (BQ) sont un bon candidat grâce à leur compatibilité avec les processus de fabrication de l’industrie des semi-conducteurs.

Dans cette thèse, nous développons la manipulation d’électrons à l’intérieur de réseaux de boîtes quantiques. D’une part, nous démontrons la détection de charge dans un nanofil CMOS à l’aide d’un électromètre intégré avec une boîte quantique reliée à un réservoir. Une unique électrode contrôle chaque BQ, et le dispositif est fabriqué sur une ligne de fabrication industriel. Nous développons différents schémas de détection pour compenser les forts couplages capacitifs du système, en raison de sa petite taille. Cela nous permet de contrôler les différents doubles boîtes quantiques dans un tableau 2×2 BQ et de sonder le désordre coulombien à l’intérieur de la structure.

D’autre part, nous réalisons un tableau de BQ formé par des grilles de contrôles partagées avec un adressage ligne / colonne dans une hétérostructure GaAs / AlGaAs. Comme dans les circuits intégrés classiques, les réseaux de boîtes quantiques à grande échelle doivent s’appuyer sur des contrôles partagés pour réduire le nombre d’interconnexions à √N, avec N le nombre de BQ. Ici, nous montrons le contrôle d’électrons dans un tableau de 2×2 BQ isolé des réservoirs. Nous caractérisons le tableau à l’aide du modèle d’interaction constante et évaluons son évolutivité. Pour conclure, ces deux expériences mènent à contrôler la charge dans des matrices de BQ en semi-conducteurs à grande échelle.