Un nouveau varactor améliore les mesures des dispositifs à points quantiques à des températures millikelvin
a, La fréquence de résonance et l’adaptation d’impédance peuvent être réglées indépendamment à l’aide de combinaisons appropriées de Vf et Vm comme indiqué. b, Réponse de phase en fonction du champ magnétique avec les varactors réglés sur l’adaptation d’impédance. Aucun changement n’est observé dans la fréquence de résonance ou l’adaptation sur une plage de 9 T. Crédit : Électronique naturelle (2024). DOI : 10.1038/s41928-024-01214-z
Le développement des systèmes informatiques quantiques repose sur la capacité à mesurer rapidement et précisément les propriétés électriques de ces systèmes, comme leur charge et leur état de spin sous-jacents. Ces mesures sont généralement collectées à l’aide de résonateurs radiofréquence, réglés à l’aide de condensateurs à tension contrôlée appelés varactors.
Des chercheurs de l’University College London (UCL) ont récemment développé un nouveau varactor basé sur des matériaux présentant un comportement paraélectrique quantique. Leur dispositif proposé, présenté dans un article publié dans Électronique naturellepeut optimiser les lectures radiofréquence des dispositifs à points quantiques à basse température jusqu’à quelques millikelvins (mK).
« Pour mener nos recherches sur les dispositifs quantiques, nous utilisons des résonateurs à radiofréquence pour la lecture », a expliqué à Phys.org Mark Buitelaar, co-auteur de l’article. « Pour optimiser cette lecture, comme le réglage des fréquences des résonateurs ou leur couplage aux lignes de transmission, nous avions besoin de condensateurs accordables, également appelés varactors, qui soient robustes, insensibles aux champs magnétiques et, surtout, qui fonctionnent à des températures de seulement quelques mK au-dessus du zéro absolu. »
Les varactors sont largement utilisés dans l’industrie des semi-conducteurs, mais jusqu’à présent, ils n’ont pas été appliqués aux technologies quantiques. En effet, ils fonctionnent mal, voire pas du tout, aux températures très basses auxquelles fonctionnent les technologies quantiques.
Dans le cadre de leur étude récente, Buitelaar et ses collègues ont entrepris de développer un nouveau varactor qui fonctionnerait bien à ces basses températures. Le dispositif qu’ils ont créé est basé sur le titanate de strontium et le tantalate de potassium, deux matériaux qui présentent des propriétés paraélectriques quantiques et une permittivité réglable en champ à basse température.
« Tout matériau paraélectrique peut être utilisé comme composant de base d’un varactor, car sa permittivité est réglable à l’aide de champs électriques, c’est-à-dire en appliquant simplement une tension », explique Buitelaar. « Ce qui rend les matériaux paraélectriques quantiques tels que le titanate de strontium spéciaux, c’est que ces propriétés paraélectriques sont préservées jusqu’au zéro absolu. »
Buitelaar et ses collègues ont évalué les performances de leurs varactors dans le cadre d’une série de tests et ont découvert qu’ils fonctionnaient extrêmement bien à basse température, jusqu’à 6 mK. C’est à ces températures qu’ils font fonctionner leurs dispositifs à points quantiques.
« Les varactors nous ont permis d’augmenter considérablement nos rapports signal/bruit et donc la précision et la vitesse de nos mesures », a déclaré Buitelaar. « Nous pensons que nos varactors intéresseront de nombreux autres chercheurs qui utilisent des dispositifs qui ne fonctionnent qu’à des températures extrêmement basses, comme les qubits dans les semi-conducteurs ou les matériaux supraconducteurs. »
Dans le cadre de leur étude récente, les chercheurs ont utilisé leur varactor pour optimiser la lecture radiofréquence des dispositifs à points quantiques à base de nanotubes de carbone qu’ils ont développés. Appliqué à ces dispositifs, le varactor a atteint une sensibilité de charge de 4,8 μe Hz−1/2 et une sensibilité de capacité remarquable de 0,04 aF Hz−1/2.
« En collaboration avec des collègues du London Centre for Nanotechnology de l’UCL, nous travaillons actuellement sur des dopants dans le silicium comme éléments de base d’un processeur quantique », a ajouté Buitelaar. « Les varactors paraélectriques quantiques contribuent certainement à optimiser la précision de mesure et la vitesse de notre lecture de l’état quantique, ce qui sera très important à mesure que les circuits quantiques seront étendus à des systèmes plus grands. »
Plus d’informations :
P. Apostolidis et al, Variateurs paraélectriques quantiques pour mesures radiofréquence à des températures millikelvin, Électronique naturelle (2024). DOI : 10.1038/s41928-024-01214-z
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Citation: Un nouveau varactor améliore les mesures des dispositifs à points quantiques à des températures millikelvins (2024, 23 août) récupéré le 23 août 2024 à partir de
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