Miracle_Q
Technologie alternative de qubit de nanotubes de carbone couplé à des résonateurs micro-onde
Porteur
Matthieu Delbecq, Sorbonne Université
Aperçu
Le projet MIRACLE_Q vise à fabriquer, valider et tester le bloc élémentaire d’une nouvelle plateforme d’ordinateurs quantiques.
Mots-clés : Matériau, nanotube de carbone, qubit à l’état solide, résonateur à micro-ondes micro-ondes, électrodynamique quantique en cavité, réduction d’erreur pour l’informatique quantique, porte quantique haute-fidélité, plateforme évolutive de calcul quantique
En résumé
MIRACLE_Q développe une voie alternative à toutes les architectures quantiques semi-conducteurs existantes, pouvant potentiellement surmonter les complexités technologiques des autres matériels de calcul quantique. Le parti pris du consortium est d’attaquer les erreurs de calcul à leur racine, c’est-à-dire dans le matériau, en introduisant un qubit de spin hébergé dans des nanotubes de carbone. L’approche unique de MIRACLE_Q est d’associer les longs temps de cohérence attendus pour ces qubits à une plateforme silicium compatible avec des lignes de production industrielles.
Le passage à l’échelle est garanti par l’utilisation de résonateurs de haute qualité, agissant comme des bus de communication quantique permettant le couplage cohérent des qubits semi-conducteurs. L’objectif est de fabriquer un dispositif quantique complet et de réaliser une porte logique de haute-fidélité entre deux qubits de spin hébergés dans des nanotubes de carbone et connectés via un résonateur micro-ondes. La réalisation de cette porte est nécessaire pour donner aux futurs processeurs quantiques leur plein puissance de calcul.
Pour ce faire, le consortium, composé de 4 groupes de recherche de renommée internationale et d’un partenaire industriel, rassemble un éventail large de compétences dans différents domaines : physique du spin, physique de l’électrodynamique quantique en cavité, intégration micro-ondes, magnétisme, nano-fabrication… Le projet s’appuie sur des travaux préliminaires très prometteurs réalisés par les partenaires, dont certains ont déjà une longue histoire de collaboration entre eux.
Défis
- Développer une nouvelle plateforme quantique combinant des qubits de spin dans des nanotubes de carbone ultra-propres avec des résonateurs micro-ondes supraconducteurs. Ce choix technologique innovant soulève des défis importants liés à l’obtention de temps de cohérence très élevés des qubits, à l’intégration précise des nanotubes dans les circuits supraconducteurs, et à la réalisation d’un fort couplage spin-photon grâce à un contrôle fin du champ magnétique local produit par des nano-aimants dédiés.
- Mettre au point des résonateurs à haute impédance, capables de préserver les qualités du qubit tout en assurant un couplage efficace entre plusieurs qubits.
- Le passage à l’échelle nécessite une stratégie rigoureuse d’intégration 3D et de conception micro-onde avancée. Cela implique notamment la maîtrise de procédés complexes de fabrication (flip-chip) et de simulation électromagnétique à différentes échelles, allant du nanomètre au centimètre, pour garantir la compatibilité industrielle future du dispositif.
Tâches
- WP1 : Qubits de spin couplés à un résonateur micro-ondes
- WP2 : Contrôle du gradient de champ magnétique sur un nanotube de carbone unique
- WP3 : Résonateurs à haute impédance et architecture flip chip
- WP4 : Conception, modélisation et optimisation de cavités micro-ondes
Le consortium
- C12
- Institut Jean Lamour (IJL, CNRS / Université de Lorraine)
- Laboratoire de physique de l’ENS (LPENS, CNRS / ENS-PSL / Sorbonne Université / Université Paris Cité)
- Université de Lorraine
- XLIM (CNRS / Université de Limoges)