Fabrication de nanoaimants pour le contrôle rapide double

Fabrication de nanoaimants pour le contrôle rapide
d’un spin électronique dans une boîte quantique
double
par
Chloé Bureau-Oxton
Mémoire présenté au département de physique
en vue de l’obtention du grade de Maître ès Sciences (M.Sc.)
FACULTÉ des SCIENCES
UNIVERSITÉ de SHERBROOKE
Sherbrooke, Québec, Canada, 16 mai 2014

Le 16 mai 2014
le jury a accepté le mémoire de Mme Chloé Bureau-Oxton dans sa version finale.
Membres du jury
Professeur Michel Pioro-Ladrière
Directeur de recherche
Département de physique
Professeur Alexandre Blais
Membre interne
Département de physique
Professeur Bertrand Reulet
Président rapporteur
Département de physique

Je dédie ce mémoire à tous ceux qui prendront le temps de le lire.
Merci.
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Sommaire
Un ordinateur quantique est un ordinateur formé de bits quantiques (qubits) qui
tire profit des propriétés quantiques de la matière. Un grand intérêt est porté au
développement d’un tel ordinateur depuis qu’il a été montré que le calcul quantique
permettrait d’effectuer certains types de calculs exponentiellement plus rapidement
qu’avec les meilleurs algorithmes connus sur un ordinateur classique. D’ailleurs, plu-
sieurs algorithmes ont déjà été suggérés pour résoudre efficacement des problèmes
tels que la factorisation de grands nombres premier[ 1 ] et la recherche dans des listes
désordonnées.[2]
Avant d’en arriver à un ordinateur quantique fonctionnel, certains grands défis
doivent être surmontés. Un de ces défis consiste à fabriquer des qubits ayant un temps
d’opération nettement inférieur au temps de cohérence (temps durant lequel l’état du
qubit est conservé). Cette condition est nécessaire pour parvenir à un calcul quantique
fiable.[ 3 ] Pour atteindre cet objectif, de nombreuses recherches visent à augmenter
le temps de cohérence en choisissant judicieusement les matériaux utilisés dans la
fabrication des qubits en plus d’imaginer de nouvelles méthodes d’utiliser ces dispositif
pour diminuer la durées des opérations.
Une manière simple d’implémenter un qubit est de piéger quelques électrons dans
l’espace et d’utiliser l’état de spin de cet ensemble d’électrons pour encoder les états
du qubit. Ce type de dispositif porte le nom de qubit de spin. Les boîtes quantiques
(BQs) latérales fabriquées sur des substrats de GaAs/AlGaAs sont un exemple de
qubit de spin et sont les dispositifs étudiés dans ce mémoire.
En 2007, Pioro-Ladrière et al. ont suggéré de placer un microaimant à proximité
d’une BQ pour créer un gradient de champ magnétique non-uniforme et permettre
d’effectuer des rotations de spin à l’aide d’impulsions électriques rapides.[ 4 ] Ce mémoire
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Sommaire iv
présente comment modifier la géométrie de ces microaimants pour obtenir un plus
grand gradient de champ magnétique dans la BQ. Une nouvelle technique de contrôle
de spin menant à des rotations de spin et de phase plus rapides sera aussi détaillée.
Enfin, il sera montré que le département de physique de l’Université de Sherbrooke
possède tous les outils nécessaires pour implémenter cette méthode.
Mots-clés : Informatique quantique ; Spintronique ; Nanoélectronique ; Boîte quan-
tique ; Microaimant ; Qubits de spin ; Algorithme quantique ; Porte logique.