Doctorat (H/F) - circuits quantiques hybrides

Le Centre national de la recherche scientifique est un organisme public de recherche pluridisciplinaire placé sous la tutelle du ministère de l’Enseignement supérieure et de la Recherche. Créé en 1939 et dirigé par des scientifiques, il a pour mission de faire progresser la connaissance et être utile à la société dans le respect des règles d’éthique, de déontologie et d’intégrité scientifique.

Sujet de thèse :
Une mémoire quantique permet de stocker un grand nombre d’états quantiques simultanément et de réduire le coût en qubits d’un processeur quantique. Les ensembles de spins électroniques couplés à un résonateur constituent un candidat prometteur pour le stockage d’états micro-ondes itinérants : des espèces de spin à longue cohérence assurent un stockage durable, tandis qu’une raie élargie de façon inhomogène permet d’adresser de nombreux modes spectraux et temporels dans un seul dispositif. L’efficacité de stockage est fixée par le couplage entre l’ensemble et le résonateur supraconducteur qui l’adresse. Les ensembles proposés jusqu’ici reposent sur des matrices cristallines, dans lesquelles la densité de spins, le bain nucléaire et la géométrie sont figés dès la croissance.
Ce projet remplace le cristal par un film moléculaire déposé. Le spin est implémenté par une molécule : son bain nucléaire est défini par la synthèse, sa concentration par pesée, et son intégration par dépôt à la goutte ou par enduction centrifuge sur une puce supraconductrice déjà fabriquée. La thèse explorera plusieurs candidats — les radicaux perchlorotriphénylméthyle et tétrathiatriarylméthyle (trityle), qui présentent une raie étroite et, lorsqu’ils sont marqués isotopiquement, un spin nucléaire adressable ; et des complexes de lanthanides tels que les espèces Lu(II) ou Yb(III), dont la structure hyperfine offre des transitions d’horloge. Ces deux familles associent une voie vers des temps de cohérence longs à des propriétés structurales compatibles avec un couplage fort à un résonateur planaire.
Le travail consistera à mesurer la cohérence des candidats retenus à des températures de l’ordre du millikelvin, régime dans lequel aucun d’entre eux n’a été caractérisé, ainsi que leur couplage à un résonateur de basse impédance conçu pour maximiser le couplage aux spins. L’objectif de la thèse est une évaluation quantitative de la capacité de ces spins moléculaires à atteindre le régime requis pour une mémoire quantique micro-onde.

Connaissances attendues
* Sciences physiques (supraconductivité, basses températures, dispositifs expérimentaux, résonance magnétique)
* Ingéniérie micro-onde hautes-fréquences.
* Nanofabrication

Compétences opérationnelles :
* Expertise mesures micro-ondes hautes-fréquences
* Calcul scientifique
* Ingénierie logicielle, maitrise de Python, Git
* Autonomie

Contexte :
Intégration dans le groupe de recherche 'circuit quantique' au sein du laboratoire de Physique à l'ENS de Lyon. Mise à disposition d'outils numériques, de nanofabrication et de cryogénie.

Le Centre national de la recherche scientifique est l’une des plus importantes institutions publiques au monde : 34 000 femmes et hommes (plus de 1 000 laboratoires et 200 métiers), en partenariat avec les universités et les grandes écoles, y font progresser les connaissances en explorant le vivant, la matière, l’Univers et le fonctionnement des sociétés humaines. Depuis plus de 80 ans, y sont développées des recherches pluri et interdisciplinaires sur tout le territoire national, en Europe et à l’international. Le lien étroit que le CNRS tisse entre ses missions de recherche et le transfert vers la société fait de lui un acteur clé de l’innovation en France et dans le monde. Le partenariat qui le lie avec les entreprises est le socle de sa politique de valorisation et les start-ups issues de ses laboratoires (près de 100 chaque année) témoignent du potentiel économique de ses travaux de recherche.

Contraintes et risques :
aucun