Thèse Détecteurs de Photons Micro-Onde pour la Lecture de Qubit Supraconducteur H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des Solides Direction de la thèse : Julien BASSET ORCID 000000016778926X Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2027-07-31T23:59:59 La capacité à détecter des photons micro-ondes individuels constitue un enjeu majeur pour le calcul quantique, les capteurs quantiques et les expériences de physique fondamentale. Malgré les progrès récents en matière d'efficacité de détection, les détecteurs de photons uniques présentent généralement une gamme dynamique limitée, les rendant inadaptés à la mesure de signaux contenant plus de quelques photons. Dépasser cette limitation en développant des détecteurs sensibles à des impulsions micro-ondes contenant de 1 à 100 photons représenterait une avancée majeure, notamment pour la lecture en un seul coup des qubits supraconducteurs, sans recours à des amplificateurs paramétriques.

Notre groupe a récemment démontré une approche originale de détection des photons micro-ondes, reposant sur un convertisseur photon micro-onde-électron, dans lequel une jonction tunnel supraconductrice agit comme un absorbeur quantique accordable en tension, grâce à l'effet tunnel de quasiparticules assisté par photon. En développant une technique de détection de charge ultrasensible, nous avons également démontré la détection de photons micro-ondes individuels.

Forts de cette expertise, nous souhaitons désormais explorer une stratégie de détection complémentaire, exploitant l'extrême sensibilité en température des jonctions Josephson diffusives. En polarisant une jonction au voisinage de son seuil de commutation, l'absorption de quelques photons micro-ondes peut déclencher une transition de l'état supraconducteur vers l'état résistif, transformant ainsi un infime dépôt d'énergie en un signal électrique facilement mesurable. L'un des atouts majeurs de cette approche réside dans la possibilité d'ajuster le seuil de détection, permettant potentiellement de distinguer le vide quantique d'états cohérents contenant plusieurs photons, une fonctionnalité essentielle pour une lecture efficace des qubits supraconducteurs.

Nous recherchons un(e) étudiant(e) motivé(e) pour participer à la conception, à la nanofabrication et à la caractérisation expérimentale de ce nouveau détecteur. En collaboration étroite avec les chercheurs permanents de l'équipe, l'étudiant(e) acquerra une expérience pratique dans le domaine des circuits supraconducteurs, de la lithographie électronique, des dépôts métalliques et des mesures ultrasensibles à très basse température, réalisées dans un réfrigérateur à dilution atteignant 20 mK.

Au-delà des avancées en physique fondamentale, ce projet ouvre des perspectives prometteuses pour le calcul quantique et les capteurs quantiques, tout en offrant à l'étudiant(e) l'opportunité de développer des compétences expérimentales de pointe dans le domaine des technologies quantiques. La détection ultrasensible de photons micro-ondes constitue un enjeu majeur pour les technologies quantiques, notamment pour permettre une lecture rapide et fidèle des qubits supraconducteurs sans recourir à des chaînes d'amplification complexes. Concevoir, fabriquer et caractériser un nouveau détecteur de photons micro-ondes fondé sur la commutation de jonctions Josephson, en vue de réaliser une lecture efficace des qubits supraconducteurs sans amplification paramétrique.