Optimization of the magnetic-field distribution along a suspended carbon nanotube to enhance the addressability of spin qubits.

Sandrine Lopes

Published Nov 5, 2025• 0 citations

Abstract

Optimisation de la distribution de champ magnétique le long d'un nanotube de carbone suspendu pour améliorer l’adressabilité de qubits de spin Dans cette thèse, nous étudions l'utilisation d'un micro-aimant intégré sur puce pour contrôler le profil de champ magnétique le long d'un nanotube de carbone, en vue d'applications de qubits de spin. Le nanotube sert de conducteur cohérent dans lequel un électron unique est confiné dans un double point quantique défini par des électrodes, en façonnant le potentiel électrostatique le long du tube. L'information quantique est encodée dans l'état de spin de l'électron, qui constitue le qubit. Le circuit de points quantiques est inséré dans une architecture d'électrodynamique quantique en circuit (cQED) permettant la manipulation, la lecture et le couplage longue distance de qubits. Le couplage du qubit de spin aux photons d'un résonateur micro-ondes est assuré par une hybridation spin-charge obtenue en contrôlant le profil de champ le long du nanotube : l'électron du double puits ressent des axes de quantification du spin différents dans les deux points. Ici, le contrôle du champ magnétique est mis en œuvre en intégrant un micro-aimant au circuit de points quantiques. Des géométries optimales de gradients de champ sur puce sont identifiées par simulations numériques afin de maximiser la différence de champ magnétique entre les deux points quantiques. Nous réalisons des caractérisations magnétiques de couches minces ainsi qu'une détection locale du champ produit par le micro-aimant, au moyen de magnétométrie à centres NV. Les données expérimentales sont confrontées à des simulations micromagnétiques pour prédire le champ magnétique généré par le micro-aimant sous différents champs magnétiques externes et à diverses positions, et ainsi estimer les performances du qubit de spin. Pour renforcer encore le couplage spin-photon, l'architecture de qubit de spin est intégrée à un circuit micro-ondes en nitrure de niobium (NbN), supraconducteur à forte inductance cinétique et résistant aux champs magnétiques. La conception et la caractérisation d'un résonateur à haute impédance sont détaillées. Enfin, nous démontrons l'intégration sur puce du circuit de double point quantique en nanotube de carbone, du micro-aimant et du circuit micro-ondes en NbN.

DOI: 10.70675/4004bd27z515az43e4z8649ze7fb2cff9433

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