Circuits quantiques supraconducteurs à base de graphène : l'amplificateur paramétrique Josephson Les circuits quantiques supraconducteurs, comprenant un large éventail d’éléments, ont contribué à des avancées majeures dans le domaine de l’optique quantique micro-onde. Parmi ces éléments, les amplificateurs paramétriques atteignant la limite quantique ont démontré leur importance dans la mesure de systèmes quantiques dont l’énergie est intrinsèquement basse (dizaines d’µeV). Ils peuvent aussi servir à créer des états non-classiques de lumière qui peuvent être utilisés pour créer des détecteurs innovants. Les amplificateurs paramétriques supraconducteurs, tout comme les qubits, utilisent la plupart du temps une jonction Josephson comme source de nonlinéarité non dissipative et contrôlable en champ magnétique. Le contrôle en champ magnétique n’est pas la norme dans l’industrie et commence déjà à être un problème dans les circuits comprenant beaucoup d’éléments. Ces dernières années, un concept alternatif a émergé avec l’utilisation de jonctions Josephson faites à base de semiconducteurs afin d’avoir un contrôle électrique de la nonlinéarité, notamment avec la démonstration de résonateurs micro-ondes et de qubits utilisant des nanofils semiconducteurs, un gaz d’électrons 2D, des nanotubes de carbone ainsi que du graphène. Cependant, les amplificateurs paramétriques n’ont pas encore été réalisés en utilisant une jonction semiconductrice. Le travail présenté dans ce manuscrit de thèse de doctorat montre la conception, la fabrication et les performances d’un amplificateur paramétrique utilisant une jonction Josephson à base de graphène.Le graphène est encapsulé entre deux couches de hBN afin d’augmenter sa qualité. En utilisant une telle jonction, nous réalisons une amplification avec un gain de 20 dB qui est un jalon important pour que le bruit ajouté par les amplificateurs classiques du reste de la chaine d’amplification soit négligeable. L’amplificateur paramétrique étant construit à partir d’une structure résonante (autour de 6 GHz), il ne peut qu’amplifier une bande de fréquence réduite de l’ordre de quelques Mégahertz. L’utilisation d’une grille latérale permet de contrôler le graphène électriquement modifiant l’inductance de la jonction Josephson et ainsi la fréquence de résonance de l’amplificateur. Nous démontrons la possibilité d’ajuster la fréquence d’amplification sur un intervalle de l’ordre d’un Gigahertz grâce à cette grille latérale, ce qui est comparable en terme d’ajustabilité à l’utilisation d’un SQUID contrôlé en champ magnétique pour un circuit similaire. Par ailleurs, il a été montré que le graphène possède des pertes nonlinéaires lorsqu’il est exposé à un champ micro-onde important à cause d’excitations / désexcitation d’états d’Andreev. La dissipation est synonyme d’une augmentation du bruit intrinsèque ajouté par les amplificateurs paramétriques et peut donc être un problème pour atteindre la limite quantique. Nous démontrons que malgré la présence de pertes nonlinéaires, l’amplificateur paramétrique à base de graphène se rapproche de la limite quantique. Un modèle de pertes à deux photons est utilisé pour décrire le comportement du dispositif mais nous démontrons qu’un modèle plus complet est nécessaire afin de prendre en compte la nature complexe de la dissipation ainsi que la relation courant phase non sinusoïdale. Nous avons également étudié la plage dynamique et montrons que l’amplificateur paramétrique à base de graphene peut atteindre un point de compression à 1dB de -123 dBm, ce qui comparable à ce qui peut être obtenu avec une jonction tunnel unique. Nos résultats élargissent l’ensemble des éléments existant pour le contrôle électrique des circuits quantiques supraconducteurs et offrent de nouvelles opportunités pour le développement de technologies quantiques comme l’informatique quantique, la détection quantique ainsi que la science fondamentale.
Circuits quantiques supraconducteurs à base de graphène : l'amplificateur paramétrique Josephson Les circuits quantiques supraconducteurs, comprenant un large éventail d’éléments, ont contribué à des avancées majeures dans le domaine de l’optique quantique micro-onde. Parmi ces éléments, les amplificateurs paramétriques atteignant la limite quantique ont démontré leur importance dans la mesure de systèmes quantiques dont l’énergie est intrinsèquement basse (dizaines d’µeV). Ils peuvent aussi servir à créer des états non-classiques de lumière qui peuvent être utilisés pour créer des détecteurs innovants. Les amplificateurs paramétriques supraconducteurs, tout comme les qubits, utilisent la plupart du temps une jonction Josephson comme source de nonlinéarité non dissipative et contrôlable en champ magnétique. Le contrôle en champ magnétique n’est pas la norme dans l’industrie et commence déjà à être un problème dans les circuits comprenant beaucoup d’éléments. Ces dernières années, un concept alternatif a émergé avec l’utilisation de jonctions Josephson faites à base de semiconducteurs afin d’avoir un contrôle électrique de la nonlinéarité, notamment avec la démonstration de résonateurs micro-ondes et de qubits utilisant des nanofils semiconducteurs, un gaz d’électrons 2D, des nanotubes de carbone ainsi que du graphène. Cependant, les amplificateurs paramétriques n’ont pas encore été réalisés en utilisant une jonction semiconductrice. Le travail présenté dans ce manuscrit de thèse de doctorat montre la conception, la fabrication et les performances d’un amplificateur paramétrique utilisant une jonction Josephson à base de graphène.Le graphène est encapsulé entre deux couches de hBN afin d’augmenter sa qualité. En utilisant une telle jonction, nous réalisons une amplification avec un gain de 20 dB qui est un jalon important pour que le bruit ajouté par les amplificateurs classiques du reste de la chaine d’amplification soit négligeable. L’amplificateur paramétrique étant construit à partir d’une structure résonante (autour de 6 GHz), il ne peut qu’amplifier une bande de fréquence réduite de l’ordre de quelques Mégahertz. L’utilisation d’une grille latérale permet de contrôler le graphène électriquement modifiant l’inductance de la jonction Josephson et ainsi la fréquence de résonance de l’amplificateur. Nous démontrons la possibilité d’ajuster la fréquence d’amplification sur un intervalle de l’ordre d’un Gigahertz grâce à cette grille latérale, ce qui est comparable en terme d’ajustabilité à l’utilisation d’un SQUID contrôlé en champ magnétique pour un circuit similaire. Par ailleurs, il a été montré que le graphène possède des pertes nonlinéaires lorsqu’il est exposé à un champ micro-onde important à cause d’excitations / désexcitation d’états d’Andreev. La dissipation est synonyme d’une augmentation du bruit intrinsèque ajouté par les amplificateurs paramétriques et peut donc être un problème pour atteindre la limite quantique. Nous démontrons que malgré la présence de pertes nonlinéaires, l’amplificateur paramétrique à base de graphène se rapproche de la limite quantique. Un modèle de pertes à deux photons est utilisé pour décrire le comportement du dispositif mais nous démontrons qu’un modèle plus complet est nécessaire afin de prendre en compte la nature complexe de la dissipation ainsi que la relation courant phase non sinusoïdale. Nous avons également étudié la plage dynamique et montrons que l’amplificateur paramétrique à base de graphene peut atteindre un point de compression à 1dB de -123 dBm, ce qui comparable à ce qui peut être obtenu avec une jonction tunnel unique. Nos résultats élargissent l’ensemble des éléments existant pour le contrôle électrique des circuits quantiques supraconducteurs et offrent de nouvelles opportunités pour le développement de technologies quantiques comme l’informatique quantique, la détection quantique ainsi que la science fondamentale.
Anharmonicité et contrôle en grille d'un circuit quantique supraconducteur à base de graphène La jonction Josephson à effet tunnel consiste en une fine barrière isolante insérée entre deux électrodes supraconductrices, où les paires de Cooper peuvent passer d'une électrode à l'autre avec une très faible probabilité de transmission. Cet élément sert de source commune et nécessaire de non-linéarité dans les circuits quantiques supraconducteurs, permettant la mise en œuvre de bits quantiques supraconducteurs (qubit) et de circuits amplificateurs supraconducteurs : deux éléments constitutifs de l'informatique quantique. La fabrication de ces jonctions ne permet aucun contrôle in-situ, leur comportement étant fixé par leur géométrie. Il est courant d'intégrer au moins deux jonctions dans une boucle supraconductrice pour former un dispositif d'interférence quantique supraconducteur (SQUID), dont la phase de la fonction d'onde macroscopique supraconductrice peut être modifiée par l'application d'un champ magnétique externe. Cela permet de récupérer un certain contrôle sur un degré de liberté quantique, en accordant l'énergie du SQUID en fonction de la phase. L'intégration d'un SQUID dans un qubit supraconducteur permet finalement d'accorder sa fréquence de transition. Au cours de la dernière décennie, de nouvelles architectures de circuits quantiques supraconducteurs sont apparues, où la jonction Josephson tunnel standard est remplacée par une jonction supraconducteur-normal-supraconducteur (SNS). Cette jonction bénéficie des propriétés normales du matériau, qui peut être un semi-conducteur ou un semi-métal, et dont la densité d'états peut être contrôlée par l'application d'un champ électrique externe. Par conséquent, l'énergie d'une seule jonction peut être réglée sans dépendre d'un champ magnétique, une solution qui peut se heurter à des problèmes d'extensibilité. Actuellement, des qubits supraconducteurs avec un nanofil d'InAs, un gaz électronique 2D (2DEG) et du graphène (avec des temps de cohérence faibles) ont été démontrés.Dans cette thèse, nous étudions l'utilisation du graphène, un semi-métal de van der Waals 2D encapsulé dans du h-BN (pour le protéger de son environnement), en tant que jonction SNS accordable par une grille. La jonction Josephson en graphène est intégrée dans un qubit supraconducteur, où l'énergie de Fermi du graphène est contrôlée par l'utilisation d'une électrode de grille, sur laquelle une tension est appliquée. La grille a deux effets : elle modifie le nombre de canaux de conduction à l'intérieur du graphène, ainsi que leurs probabilités de transmission (ou transparences). Le temps de relaxation est mesuré entre 300 et 800 ns, soit un ordre de grandeur supérieur à l'état de l'art actuel en matière de qubits basés sur le graphène. Nous mesurons un grand contrôle de la fréquence de transition du qubit (plusieurs GHz). Surprenament, l'anharmonicité dépend fortement de la tension de grille avec de grandes oscillations dans le régime dopé p du graphène. Basée sur un modèle analytique de contact quantique supraconducteur, que nous avons résolu numériquement, notre analyse suggère que d'importantes fluctuations mésoscopiques de transparence se produisent dans nos dispositifs, avec des valeurs allant de 0,2 à 1, une indication d'une jonction Josephson en graphène de haute qualité. Le modèle, valable pour n'importe quel régime, démontre l'effet important de la transparence sur le spectre du qubit. La dispersion de charge (c'est-à-dire la sensibilité du qubit au bruit de charge) diminue également avec l'énergie Josephson, mais aussi avec la transparence. En particulier, en cas de transparence parfaite, la dispersion de charge devrait totalement disparaître, ce qui est hautement souhaitable pour des qubits plus résistants au bruit de charge. Nous démontrons que la dispersion de charge est effectivement plus petite que celle attendue pour un qubit supraconducteur basé sur une jonction tunnel fonctionnant dans le même régime, jusqu'à un facteur 2, avec une transparence déduite allant de 0,6 à 0,8.
La jonction Josephson à effet tunnel consiste en une fine barrière isolante insérée entre deux électrodes supraconductrices, où les paires de Cooper peuvent passer d'une électrode à l'autre avec une très faible probabilité de transmission. Cet élément sert de source commune et nécessaire de non-linéarité dans les circuits quantiques supraconducteurs, permettant la mise en œuvre de bits quantiques supraconducteurs (qubit) et de circuits amplificateurs supraconducteurs : deux éléments constitutifs de l'informatique quantique. La fabrication de ces jonctions ne permet aucun contrôle in-situ, leur comportement étant fixé par leur géométrie. Il est courant d'intégrer au moins deux jonctions dans une boucle supraconductrice pour former un dispositif d'interférence quantique supraconducteur (SQUID), dont la phase de la fonction d'onde macroscopique supraconductrice peut être modifiée par l'application d'un champ magnétique externe. Cela permet de récupérer un certain contrôle sur un degré de liberté quantique, en accordant l'énergie du SQUID en fonction de la phase. L'intégration d'un SQUID dans un qubit supraconducteur permet finalement d'accorder sa fréquence de transition. Au cours de la dernière décennie, de nouvelles architectures de circuits quantiques supraconducteurs sont apparues, où la jonction Josephson tunnel standard est remplacée par une jonction supraconducteur-normal-supraconducteur (SNS). Cette jonction bénéficie des propriétés normales du matériau, qui peut être un semi-conducteur ou un semi-métal, et dont la densité d'états peut être contrôlée par l'application d'un champ électrique externe. Par conséquent, l'énergie d'une seule jonction peut être réglée sans dépendre d'un champ magnétique, une solution qui peut se heurter à des problèmes d'extensibilité. Actuellement, des qubits supraconducteurs avec un nanofil d'InAs, un gaz électronique 2D (2DEG) et du graphène (avec des temps de cohérence faibles) ont été démontrés.Dans cette thèse, nous étudions l'utilisation du graphène, un semi-métal de van der Waals 2D encapsulé dans du h-BN (pour le protéger de son environnement), en tant que jonction SNS accordable par une grille. La jonction Josephson en graphène est intégrée dans un qubit supraconducteur, où l'énergie de Fermi du graphène est contrôlée par l'utilisation d'une électrode de grille, sur laquelle une tension est appliquée. La grille a deux effets : elle modifie le nombre de canaux de conduction à l'intérieur du graphène, ainsi que leurs probabilités de transmission (ou transparences). Le temps de relaxation est mesuré entre 300 et 800 ns, soit un ordre de grandeur supérieur à l'état de l'art actuel en matière de qubits basés sur le graphène. Nous mesurons un grand contrôle de la fréquence de transition du qubit (plusieurs GHz). Surprenament, l'anharmonicité dépend fortement de la tension de grille avec de grandes oscillations dans le régime dopé p du graphène. Basée sur un modèle analytique de contact quantique supraconducteur, que nous avons résolu numériquement, notre analyse suggère que d'importantes fluctuations mésoscopiques de transparence se produisent dans nos dispositifs, avec des valeurs allant de 0,2 à 1, une indication d'une jonction Josephson en graphène de haute qualité. Le modèle, valable pour n'importe quel régime, démontre l'effet important de la transparence sur le spectre du qubit. La dispersion de charge (c'est-à-dire la sensibilité du qubit au bruit de charge) diminue également avec l'énergie Josephson, mais aussi avec la transparence. En particulier, en cas de transparence parfaite, la dispersion de charge devrait totalement disparaître, ce qui est hautement souhaitable pour des qubits plus résistants au bruit de charge. Nous démontrons que la dispersion de charge est effectivement plus petite que celle attendue pour un qubit supraconducteur basé sur une jonction tunnel fonctionnant dans le même régime, jusqu'à un facteur 2, avec une transparence déduite allant de 0,6 à 0,8.
Amplification paramétrique en résonance et à ondes progressives proche de la limite quantique Un des défis des expériences d’information quantique avec des circuits quantiques supraconducteurs est la lecture de signaux microondes de très basses énergies. Les amplificateurs opérant à la limite quantique du bruit sont indispensables à cette tâche. C’est donc pourquoi ils occupent une place toujours plus prépondérante dans de telles expériences, en particulier pour la lecture de bits quantiques supraconducteurs.Dans cette thèse, nous présentons deux architectures d’amplificateurs limités quantiquement : la première est une architecture employant un résonateur alors que la seconde est basée sur des ondes progressives. Ces deux types d’amplificateurs ont en commun d’avoir comme brique élémentaire une jonction Josephson accordable en flux (squid). Cette dernière est le support idéal pour une amplification paramétrique limitée quantiquement : elle est à la fois non-linéaire et non dissipative (de par son caractère supraconducteur). Cette thèse s’emploie à démontrer le fonctionnement des amplificateurs paramétriques Josephson limités quantiquement que nous avons conçus et qui, grâce à des architectures originales, présentent des performances qui vont au-delà de l’état de l’art.Un inconvénient majeur des amplificateurs Josephson en résonance est leur étendue dynamique très limitée. Nous avons identifié l’origine de cette limitation, la non-linéarité Kerr, et avons réussi à l’adapter via l’implémentation de chaines de jonctions Josephson. Nous avons développé un modèle en bon accord avec nos données expérimentales, validant l’effet de la non-linéarité Kerr sur la saturation. Malgré tout, la plupart des amplificateurs résonants souffrent d’une limitation intrinsèque à leur architecture : la conservation du produit gain bande passante, limitant cette dernière. L’architecture à ondes progressives est un candidat idéal pour passer outre cette loi de conservation. Cependant, elle fait face à deux problèmes : l’adaptation en impédance et en phase. Concernant l’adaptation en impédance, nous avons mis au point un procédé de fabrication, simple et inédit, permettant d’avoir une impédance de 50 ohms avec une chaîne de plus de 2000 squids. Concernant l’adaptation en phase, nous avons faiblement modulé périodiquement l’impédance de la ligne de squid pour ouvrir un gap photonique et déformer localement la relation de dispersion. Cette technique n’ajoute en rien à la complexité du processus de fabrication, qui se démarquait déjà par sa simplicité. De plus, un modèle en bon accord avec nos données expérimentales a été développé, prenant notamment en compte le comportement non-linéaire du gap photonique dans un métamatériaux Josephson. Au-delà des amplificateurs limités quantiquement démontrés et leurs nombreuses applications, cette thèse ouvre des perspectives d’expériences d’optique quantique fondamentales à faire sur ces lignes de transmission hautement non-linéaires.Avec les amplificateurs en résonance, nous avons atteint des points de compression à 1dB (à 20dB de gain) de -117dBm, pour 45MHz de bande passante. Avec les amplificateurs à ondes progressives nous avons atteint un gain maximal de 18dB pour une bande-passante de 2.25GHz et un points de compression à 1dB atteignant -103dBm, tout en restant proche de la limite quantique de bruit.
Ce mémoire présente ma contribution à l'avènement des circuits supraconducteurs comme composant de base des systèmes d'information quantique. Les variables macroscopiques des circuits électriques, telles que la tension et le courant, obéissent aux lois de la mécanique quantique tant qu'elles sont suffisamment découplées de leur environnement. Depuis que les premiers qubits supraconducteurs ont été réalisés il y a 15 ans, leurs temps de cohérence ont augmenté de 5 ordres de grandeur grâce à un meilleur contrôle de l'environnement électromagnétique des jonctions Josephson. Sur ces systèmes remarquables, nous avons réalisé des expériences qui illustrent quelques uns des aspects les plus non classiques de l'information quantique. - Les variables quantiques fluctuent même à température nulle. Ces fluctuations de point zéro imposent à un détecteur d'ajouter au moins un minimum de bruit. Nous explorons les limites quantiques de l'amplification pour des signaux microonde itinérants, et décrivons un circuit supraconducteur concret, le mixeur Josephson, capable d'atteindre cette limite. - Contrairement à l'information classique, l'information quantique peut être stockée de manière délocalisée dans l'espace grâce à l'intrication. Nous décrivons le premier circuit capable d'intriquer deux modes de champ microonde itinérants à différentes fréquences et sur des lignes de transmission séparées. Nous présentons aussi un dispositif capable de stocker un champ microonde intriqué avec un champ propageant. - La mesure d'un système quantique conduit à une réaction sur son état sans équivalent classique. Nous présentons une expérience où la trajectoire de l'état qubit est protégée de la décohérence par rétroaction basée sur la mesure. Cette expérience illustre le rôle central de la réaction d'une mesure quantique pour le contrôle par rétroaction et donc pour la correction quantique d'erreur. - Les mesures faibles fournissent une information partielle sur un système. Comme les mesures quantiques modifient l'état du système, les règles classiques de Bayes doivent être modifiées pour prédire la probabilité de trouver un résultat donné sachant qu'un certain résultat sera trouvé dans une autre mesure future. Nous décrivons une expérience où la fluorescence émise par un qubit est enregistrée dans le temps, ce qui peut être interprété comme une mesure faible et continue du qubit. L'influence de conditions sur les mesures passées et futures est explorée.
Nanostructures hybrides Supraconducteur / Semiconducteur à bases de Germanium pour l'information quantique Le qubit supraconducteur basé sur des circuits supraconducteurs se compose d'un condensateur supraconducteur et d'une jonction Josephson avec la géométrie transmon est largement utilisé dans les processeurs quantiques avancés, à la recherche d'une informatique quantique évolutive. L'accord de la fréquence du qubit du transmon repose sur l'interférence, en fonction du flux magnétique, entre les supercourants de deux jonctions Josephson S-I-S dans une boucle supraconductrice. Les jonctions Josephson basées sur des matériaux S-Sm-S ouvrent une possibilité alternative au transmon accordable par la porte, appelée "gatemon", dans laquelle la fréquence du qubit peut être accordée par une moyenne électrostatique. Les réalisations récentes de gatemons sur des plates-formes de matériaux III-V montrent un développement impressionnant de l'alternative au transmon, mais laissent encore une grande question sur l'extensibilité. L'hétérostructure SiGe est l'une des plateformes potentielles pour accueillir des dispositifs hybrides en raison de sa grande mobilité des trous et de la faible barrière de Schottky à l'interface Ge-métal. En outre, la compatibilité avec l'industrie des semi-conducteurs à base de silicium est un avantage certain pour la plateforme de qubits à grande échelle.Dans cette thèse, nous développons des gatemons basés sur la jonction Josephson Al-Ge-Al dans l'hétérostructure SiGe. Tout d'abord, nous établissons une recette de fabrication robuste, basée sur une approche descendante, pour les transistors à effet de champ Josephson (JoFET). Nous effectuons des mesures exhaustives sur les JoFET afin d'étudier leurs propriétés en fonction de la tension de grille, de la température et du champ magnétique. Les dispositifs présentent une adaptabilité à la grille du courant critique et de la résistance à l'état normal . On estime que les dispositifs ont une interface S-Sm transparente, comme le montre le produit élevé. Dans le régime de tension finie, les caractéristiques correspondant aux réflexions multiples d'Andreev sont observées. Ensuite, nous fabriquons et caractérisons des résonateurs supraconducteurs en NbN sur une hétérostructure SiGe. Nous mesurons les résonateurs en mode transmission et extrayons la fréquence de résonance, le facteur de qualité interne, et le facteur de qualité de couplage du coefficient de transmission. Ensuite, nous développons le processus de fabrication pour intégrer des gatemons, dans le schéma du résonateur et effectuons la fabrication conformément à la conception. Nous démontrons la caractéristique d'anticroisement dans l'un des gatemons fabriqués. La fréquence de résonance du gatemon est cartographiée à l'aide de la technique de spectroscopie à deux tons et il s'avère qu'elle peut être réglée par la porte. Le qubit a une grande largeur de ligne spectrale, ce qui implique un faible temps de cohérence. En outre, nous mesurons la relation courant-phase (CPR) sur les jonctions dans la géométrie du SQUID. Nous pouvons démontrer que les jonctions présentent une CPR non sinusoïdale. En outre, les pas de Shapiro entiers et demi-entiers sont observés dans les courbes caractéristiques courant-tension des jonctions irradiées. Cela indique que nos jonctions ont l'élément , ce qui peut ouvrir une autre possibilité vers des qubits protégés.
Optique quantique non linéaire avec les méta-matériaux Josephson Les métamatériaux sont des matériaux conçus artificiellement pour présenter des propriétés qui n'existent pas dans les matériaux naturels, grâce à l'ingénierie des éléments constitutifs à des échelles inférieures à la longueur d'onde. Parmi les exemples de ces nouveaux phénomènes optiques, citons l'indice de réfraction négatif, l'occultation et l'imagerie à super-résolution. L'étude des métamatériaux supraconducteurs fonctionnant dans le domaine des micro-ondes a récemment suscité un intérêt significatif dans le cadre des technologies quantiques en raison d'un large éventail d'applications directes, par exemple l'exploration de nouveaux phénomènes d'optique quantique, la détection quantique non destructive, l'amplification à limite quantique, le traitement de l'information quantique et l'éclairage quantique. Contrairement à leurs homologues métalliques et semi-conducteurs normaux, les métamatériaux supraconducteurs offrent certains avantages uniques. Les plus pertinents pour les métamatériaux à jonction Josephson sont les faibles pertes, la quantification du flux et les effets Josephson. L'effet Josephson dans une boucle supraconductrice peut également être exploité pour contrôler plus précisément les non-linéarités du métamatériau.Dans cette thèse, nous présentons des métamatériaux à base de jonction Josephson avec une accordabilité in-situ des non-linéarités de deuxième et troisième ordre (Kerr). Nous avons optimisé les composites à jonction Josephson SNAILs, bien connus dans la communauté des circuits supraconducteurs, pour le cas spécifique d'utilisation de blocs de construction pour un méta-matériau non linéaire à impédance adaptée. Dans de tels dispositifs, la forte non-linéarité du troisième ordre (Kerr) peut être accordée de valeurs positives à négatives. Pour démontrer l'efficacité de ce phénomène, nous avons montré un cas d'utilisation du méta-matériau en tant que TWPA avec un nouveau mécanisme d'adaptation de phase : l'adaptation de phase Kerr inversée, qui utilise l'inversion de signe de la non-linéarité Kerr pour corriger la courbure de dispersion de tels dispositifs due à son plasma fini. Le méta-matériau exploité en tant que TWPA à Kerr inversé présente une bande d'amplification combinée d'une largeur allant jusqu'à 4 GHz avec une accordabilité de bande dynamique de 8 GHz, une saturation de -98 dBm (point de compression de 1 dB) autour d'un gain de 20 dB, et un bruit ajouté à l'amplificateur proche de la limite quantique standard. L'absence d'interruption de la transmission permet d'obtenir une bande d'amplification continue avec des ondulations de gain nettement plus faibles, contrairement aux amplificateurs de puissance à dispersion démontrés précédemment.Nous présentons également la génération d'intrication à l'aide des métamatériaux afin de démontrer leur polyvalence et de souligner davantage leur potentiel dans le cadre général de l'optique quantique non linéaire à micro-ondes. En raison de leur grande largeur de bande, ces dispositifs ont été identifiés comme prometteurs pour la génération d'un écrasement bimode et d'une intrication à large bande. Avec un dispositif optimisé pour la génération d'intrication à large bande, nous avons observé l'intrication entre deux modes séparés jusqu'à 400 MHz. Nous avons mesuré la négativité logarithmique entre 0,27 et 0,51, et le squeezing collectif en quadrature sous la limite du vide entre 1,5 et 2,1 dB. Les résultats de preuve de principe présentés peuvent ouvrir la voie à la mise en œuvre de métamatériaux basés sur la jonction Josephson dans de nouvelles applications, y compris la détection non destructive de photons uniques, la mesure et le contrôle de photons uniques dans la c-QED, l'informatique quantique basée sur les photons, la détection de précision, la détection de la matière noire et l'éclairage quantique.