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Séance de cours

Qubits supraconducteurs : histoire et théorie du BCS

Dans cours

PHYS-464: Solid state systems for quantum information

This course will give an overview of the experimental state of the art of quantum technology for Quantum Information Processing (QIP). We will explore some of the most promising approaches for realizing quantum hardware and critically assess each approach' ...

Description

Cette séance de cours couvre l'histoire des qubits supraconducteurs, des premières démonstrations dans les années 1980 aux progrès récents d'IBM et de Google. Il s'inscrit également dans les bases de la supraconductivité, la théorie BCS, et les différences entre les supraconducteurs et les conducteurs normaux.

Enseignant·e

Pasquale Scarlino

I obtained my master's degree in Physics at the University of Salento, Lecce (Italy) in February 2011. During 2006-2011, I have also been a student of Scuola Superiore ISUFI (SSI). SSI is one of six schools of excellence established in Italy to develop the intellectual capital in technological and social sciences. I conducted an external Master thesis project during an 8 months internship in the Quantum Transport Group at TU Delft, under the supervision of Prof. L.M.K. Vandersypen. There, I implemented the Quantum Point Contact Radio-Frequency Reflectometry technique, which allows increasing the single-shot electron spin readout bandwidth and is currently routinely used in the group.I obtained my Ph.D. degree in February 2016, in the Spin Qubits group of Prof. L.M.K. Vandersypen at the Kavli Institute of Nanoscience-Qutech (TU Delft). During my Ph.D. I have been leading the Si/SiGe spin qubits project, collaborating with the M. Eriksson Group at Wisconsin University. In parallel, I have been working on other different projects, in particular with GaAs depletion quantum dots, high impedance superconducting resonators, and surface acoustic wave resonators. I have been working as a Postdoc fellow in the group of Prof. A. Wallraff (Quantum Device Lab) at ETH Zurich. My main project, in collaboration with the group of Prof. K. Ensslin and Prof. T. Ihn, consisted in integrating semiconductor and superconductor technologies. Realizing a well-controlled interface between the semiconductor and superconductor-based quantum information technologies may allow harnessing the best of both device architectures, for example by providing an interface between strongly coupled charge state and high coherence spin states. Furthermore, it enables the possibility to explore light/matter hybridization in a class of solid-state systems and regimes that are new in the context of quantum optics.From June 2019 till September 2020, I have been a Senior Researcher at Microsoft Station Q Copenhagen and at the Center for Quantum Devices in Copenhagen, focusing on developing semiconductor-superconducting hybrid hardware for topologically protected quantum computation.Since October 2020, I am a tenure track Assistant Professor of Physics in the School of Basic Sciences at the EPFL where I founded the Hybrid Quantum Circuit (HQC) laboratory.

Source officielle

Proximité ontologique

Physique

Physique de la matière condensée: Transition de phase

Informatique théorique

Theory of computation: Informatique quantique

Concepts associés (32)

Paire de Cooper

En physique de la matière condensée, une paire de Cooper est le nom donné aux électrons liés entre eux à basses températures d'une manière spécifique décrite en 1956 par Leon Cooper. Leon Cooper montrait qu'une petite interaction arbitraire entre électrons dans un métal peut induire un état de paire d'électrons ayant une énergie plus basse que l'énergie de Fermi, ce qui implique que cette paire est liée. Dans les supraconducteurs classiques, cette attraction est due à l'interaction électron-phonon.

Supraconductivité

La supraconductivité, ou supraconduction, est un phénomène physique caractérisé par l'absence de résistance électrique et l'expulsion du champ magnétique — l'effet Meissner — à l'intérieur de certains matériaux dits supraconducteurs. La supraconductivité découverte historiquement en premier, et que l'on nomme communément supraconductivité conventionnelle, se manifeste à des températures très basses, proches du zéro absolu (). La supraconductivité permet notamment de transporter de l'électricité sans perte d'énergie.

Superconducting quantum computing

Superconducting quantum computing is a branch of solid state quantum computing that implements superconducting electronic circuits using superconducting qubits as artificial atoms, or quantum dots. For superconducting qubits, the two logic states are the ground state and the excited state, denoted respectively. Research in superconducting quantum computing is conducted by companies such as Google, IBM, IMEC, BBN Technologies, Rigetti, and Intel. Many recently developed QPUs (quantum processing units, or quantum chips) utilize superconducting architecture.

Théorie BCS

La théorie BCS est une théorie de la supraconductivité qui fut proposée en 1957 par John Bardeen, Leon Neil Cooper, et John Robert Schrieffer. Elle explique la supraconductivité par la formation de paires d'électrons (paires de Cooper) sous l'effet d'une interaction attractive entre électrons résultant de l'échange de phonons. Pour leur travail, ces auteurs obtinrent le prix Nobel de physique en 1972. Il est possible de comprendre l'origine de l'attraction entre les électrons grâce à un argument qualitatif simple.

Supraconducteur à haute température

Un supraconducteur à haute température (en anglais, high-temperature superconductor : high- ou HTSC) est un matériau présentant une température critique de supraconductivité relativement élevée par rapport aux supraconducteurs conventionnels, c'est-à-dire en général à des températures supérieures à soit . Ce terme désigne en général la famille des matériaux de type cuprate, dont la supraconductivité existe jusqu'à . Mais d'autres familles de supraconducteurs, comme les supraconducteurs à base de fer découverts en 2008, peuvent aussi être désignées par ce même terme.

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Bites quantiques supraconductrices

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Circuits supraconducteurs hybrides / à points quantiques

Couvre l'électrodynamique quantique à cavité hybride avec des points quantiques et des réseaux de jonction Josephson, en se concentrant sur les qubits de spin et les qubits supraconducteurs.

Superconducteurs: Cooper Pairs et Quantum Mechanics

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Couvre les fondamentaux des circuits supraconducteurs et leurs applications en optique quantique, y compris les jonctions Josephson et les boîtes de paires Cooper.

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