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Theses

Modeling of electrical manipulation in silicon spin qubits

Résumé : Dans la course à l’ordinateur quantique, le silicium est devenu ces dernières années un matériau de choix pour l'implémentation des qubits de spin. De tels dispositifs sont fabriqués au CEA en utilisant les technologies CMOS, afin de faciliter leur intégration à grande échelle. Cette thèse porte sur la modélisation de ces qubits, et en particulier sur la manipulation de l’état de spin par un champ électrique. Pour cela nous utilisons un ensemble de techniques numériques avancées pour calculer le potentiel et la structure électronique des qubits (notamment les méthodes de liaisons fortes et k.p), afin d’être le plus proche possible des dispositifs expérimentaux. Ces simulations nous ont permis d’étudier deux résultats expérimentaux d’importance : l’observation de la manipulation par champ électrique du spin d’un électron d’une part, et la caractérisation de l’anisotropie de la fréquence de Rabi d’un qubit de trou d’autre part. Le premier résultat était plutôt inattendu, étant donné; le très faible couplage spin-orbite dans la bande de conduction du silicium. Nous développons un modèle, validé par les simulations et certains résultats expérimentaux, qui met en évidence le rôle essentiel du couplage spin-orbite inter-vallée, exacerbé par la faible symétrie du système. Nous utilisons ces résultats pour proposer et tester numériquement un schéma de manipulation électrique consistant à passer réversiblement d’un qubit de spin à un qubit de vallée. Concernant les qubits de trous, le couplage spin-orbite relativement élevé autorise la manipulation du spin par champ électrique, toutefois les mesures expérimentales d’anisotropie donnent à voir une physique complexe, insuffisamment bien décrite par les modèles actuels. Nous développons donc un formalisme permettant de caractériser simplement la fréquence de Rabi en fonction du champ magnétique, et qui peut s’appliquer à d’autre type de qubit spin-orbite. Les simulations permettent de reproduire les résultats expérimentaux, et de souligner le rôle important de la contrainte.
Document type :
Theses
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02057677
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Tuesday, March 5, 2019 - 3:00:09 PM
Last modification on : Friday, July 10, 2020 - 7:58:57 AM
Document(s) archivé(s) le : Thursday, June 6, 2019 - 3:49:08 PM

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BOURDET_2018_diffusion.pdf
Version validated by the jury (STAR)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02057677, version 1

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Citation

Léo Bourdet. Modeling of electrical manipulation in silicon spin qubits. Quantum Physics [quant-ph]. Université Grenoble Alpes, 2018. English. ⟨NNT : 2018GREAY058⟩. ⟨tel-02057677⟩

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