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Members
Date
May 15, 2018 9:30 AM
-
May 16, 2018 2:50 PM
Lieu de l'événement
Hôtel Château Bromont
10 h 30 – 10 h 55 Inscription
10 h 55 – 11 h Mot d'ouverture (Salon A)
11 h – 12 h Max Hofheinz, Université de Sherbrooke (Salon A)
Dispositifs quantiques micro-ondes fondés sur l'effet tunnel inélastique
de paires de Cooper
12 h – 13 h 30 Dîner (Salle 4 Canards)
13 h 30 – 14 h 30 John Mattsson, Ericsson Research (Salon A)
La cryptographie post-quantique en pratique
14 h 30 – 15 h Michael Hilke, Université McGill (Salon A)
Décohérence dans les qutrits (systèmes à trois niveaux)
15 h – 15 h 30 Sergei Studenikin, Conseil national de recherches Canada (Salon A)
Qubits de spin de trou dans des boîtes quantiques doubles latérales en GaAs/AlGaAs
15 h 30 – 16 h Pause-café (Salon B)
16 h – 17 h Eva Dupont-Ferrier, Université de Sherbrooke (Salon A)
L'information quantique avec des dopants dans le silicium
17 h – Session d'affiches et rafraîchissements (Salon B)
19 h 30 – Souper INTRIQ (Salon C)
9 h – 10 h Miles Stoudenmire, Computational Quantum Physics Center (Salon A)
Apprentissage automatique classique et quantique avec des réseaux de tenseurs
10 h – 11 h Pause-café (Salon B)
11 h – 12 h Dave Touchette, Institute for Quantum Computing (Salon A)
Théorie de l'information quantique interactive
12 h – 13 h 45 Dîner (Salle 4 Canards)
13 h 45 – 14 h 45 William Witczak-Krempa, Université de Montréal (Salon A)
Comprendre le magnétisme exotique grâce à l'intrication quantique
14 h 45 – 15 h 15 Olivier Landon-Cardinal, Université McGill
Tomographie quantitative pour les systèmes quantiques à variables continues
15 h 15 – 15 h 45 Charles Bédard, Université de Montréal
Une approche algorithmique pour quantifier l'émergence
15 h 45 – 15 h 50 Mot de clôture
Ericsson Research
La cryptographie post-quantique en pratique
Au cours des cinq dernières années, l'utilisation de la cryptographie a explosé, et son emploi pour l'authentification, la confidentialité et la protection de l'intégrité est exigé même dans les environnements IoT à ressources limitées. Cette omniprésence de la cryptographie a été rendue possible par de nouveaux algorithmes et protocoles de sécurité plus rapides, combinés à du matériel plus performant. Malheureusement, un ordinateur quantique suffisamment grand exécutant l'algorithme de Shor briserait en pratique tous les algorithmes à clé publique couramment utilisés, comme RSA et ECC. Ces algorithmes servent généralement à l'authentification et à l'échange de clés. Le NIST vient de lancer la normalisation de la PQC dans le but de normaliser de nouveaux algorithmes asymétriques qui remplaceront RSA et ECC. Ces nouveaux algorithmes reposent sur des problèmes mathématiques qui ne sont pas affectés par l'algorithme de Shor (p. ex. réseaux euclidiens, codes, systèmes multivariés, isogénies). L'algorithme de Grover pourrait théoriquement briser certains algorithmes symétriques, mais on ignore s'il sera un jour pertinent pour la cryptanalyse pratique. La QKD, qui n'offre qu'un échange de clés non authentifié, restera probablement un produit de niche, puisque la cryptographie post-quantique exécutée sur des ordinateurs classiques offrira vraisemblablement une excellente sécurité à un coût bien moindre. Dans cette présentation, nous décrivons les cas d'utilisation actuels de la cryptographie et la façon dont les ordinateurs quantiques les affecteraient, l'état actuel et les défis de la cryptographie post-quantique exécutée sur des ordinateurs classiques, ainsi que le rôle de la cryptographie quantique.
Université de Montréal
Comprendre le magnétisme exotique grâce à l'intrication quantique
Je présenterai deux modèles de spins qui abritent des excitations émergentes inhabituelles. D'abord, la chaîne de spins de Motzkin en 1D, introduite par Shor et al., possède un état fondamental intriqué soluble, mais un spectre d'excitations sans gap qui est mal compris. À l'aide de simulations à grande échelle par le groupe de renormalisation de la matrice densité (DMRG), nous constatons qu'il existe deux excitations de basse énergie aux relations de dispersion distinctes et non triviales. Diverses fonctions de corrélation et propriétés d'intrication seront abordées. Ensuite, je traiterai du modèle de Heisenberg sur le réseau kagomé frustré, l'un des modèles de liquide de spins quantique les plus étudiés et les plus pertinents sur le plan expérimental. Malgré des années de recherche, sa solution demeure débattue. En appliquant la DMRG à ce modèle, nous mettons au jour des signatures universelles de fermions de Dirac neutres dans l'entropie d'intrication. Nous en déduisons qu'il s'agit des excitations fractionnaires du liquide de spins quantique kagomé. De telles méthodes peuvent servir à étudier d'autres états quantiques de la matière, comme des systèmes situés près d'une transition de phase quantique critique.
Université de Sherbrooke
L'information quantique avec des dopants dans le silicium
Les dopants dans le silicium sont des candidats prometteurs pour le traitement de l'information quantique. Ils forment un système quantique extrêmement compact et reproductible dans lequel le spin nucléaire peut servir à stocker l'information quantique, tandis que le spin électronique sert d'interface entre le spin nucléaire et d'autres systèmes quantiques. Le spin nucléaire dans le silicium purifié détient le record des temps de cohérence parmi les qubits à l'état solide. La lecture et la manipulation des spins électroniques et nucléaires ont été démontrées, avec des fidélités supérieures au seuil requis par les protocoles de correction d'erreurs quantiques. Mais de longs temps de cohérence vont de pair avec un fort isolement de l'environnement : les spins des dopants sont difficiles à adresser et à coupler entre eux, ce qui empêche la réalisation de portes à deux qubits.
Je montrerai comment l'intégration de dopants dans des transistors issus de la technologie CMOS de pointe pourrait aider à résoudre ce problème. Nous utilisons un transistor à grille divisée pour contrôler électriquement deux dopants connectés en série et réaliser un échange de charge cohérent entre eux. Pour un couplage à plus longue portée entre dopants, une possibilité consiste à utiliser le couplage magnétique des spins des dopants à des circuits supraconducteurs. Je présenterai les premiers pas dans cette direction, à savoir la réalisation d'un résonateur supraconducteur à facteur de qualité élevé, accordable en fréquence au moyen d'un SQUID intégré et capable de fonctionner sous champ magnétique.
Université de Sherbrooke
Dispositifs quantiques micro-ondes fondés sur l'effet tunnel inélastique de paires de Cooper
Dans les circuits quantiques supraconducteurs, la jonction Josephson est l'élément clé, car c'est le seul élément de circuit fortement non linéaire et sans dissipation que nous connaissions. On l'utilise habituellement dans l'état supraconducteur, où elle agit comme une inductance non linéaire. Mais une petite jonction Josephson peut aussi être non linéaire et non dissipative lorsqu'on y applique une tension continue non nulle inférieure au gap. Dans ce cas, un courant de paires de Cooper peut traverser la jonction lorsque l'énergie 2eV d'une paire de Cooper qui passe par effet tunnel peut être dissipée dans le circuit linéaire qui l'entoure, sous forme de photons émis dans un ou plusieurs de ses modes. Dans ce régime d'effet tunnel inélastique de paires de Cooper, la jonction agit comme une excitation non linéaire sur le circuit linéaire. Nous avons exploité cette physique pour concevoir des sources micro-ondes quantiques, comme des sources de photons uniques, ainsi que des dispositifs de mesure, comme des amplificateurs limités quantiquement. Je montrerai que, bien que ces dispositifs tendent à être beaucoup moins cohérents que leurs équivalents utilisant la jonction Josephson dans l'état à tension nulle, ils permettent tout de même des performances à la limite quantique et se prêtent plus facilement à des configurations très ouvertes offrant une grande largeur de bande.
Flatiron Institute - Center for Computational Quantum Physics (CCQ)
Apprentissage automatique classique et quantique avec des réseaux de tenseurs
Au cours de la dernière décennie, la technologie de l'apprentissage automatique a fait d'énormes progrès, principalement grâce aux réseaux de neurones. L'une des principales raisons pour lesquelles les réseaux de neurones ont surpassé les techniques plus anciennes est que le coût de leur optimisation évolue favorablement avec la taille de l'ensemble de données d'entraînement. Mais les réseaux de neurones ont l'inconvénient d'être encore assez mal compris sur le plan théorique.
Des travaux récents de plusieurs groupes ont exploré une autre approche pour construire des fonctions de modèles d'apprentissage automatique, fondée sur les réseaux de tenseurs, une technique développée en physique pour paramétrer des fonctions d'onde quantiques à N corps complexes. Le coût d'entraînement des modèles à réseaux de tenseurs évolue de manière semblable à celui des réseaux de neurones. De plus, leur structure linéaire relativement simple a permis une bonne compréhension théorique de leurs propriétés et sous-tend de nombreuses techniques puissantes pour les optimiser et les manipuler.
Après avoir présenté les modèles d'apprentissage automatique à réseaux de tenseurs, j'aborderai certaines des techniques permettant de les optimiser ainsi que des résultats pour des tâches d'apprentissage supervisé et génératif. J'aborderai ensuite une proposition récente, fondée sur les réseaux de tenseurs, visant à formuler des algorithmes hybrides quantiques-classiques pour l'apprentissage automatique sur ordinateurs quantiques.
Institute for Quantum Computing et Perimeter Institute
Théorie de l'information quantique interactive
La théorie de l'information de Shannon a révolutionné notre approche de deux problèmes majeurs de la communication unidirectionnelle : la compression de source et le codage en présence de bruit.
Au cours des deux dernières décennies, des progrès importants ont été réalisés dans le développement de leurs analogues quantiques.
Parallèlement, une théorie de l'information interactive a aussi été développée au cours des deux dernières décennies pour les problèmes de communication classique bidirectionnelle, tant pour les analogues de la compression de source que pour le codage de canal bruité.
La communication quantique bidirectionnelle a également été étudiée en profondeur au cours de cette période, ce qui a permis d'établir des avantages quantiques quantitatifs inconditionnels. (Voire exponentiels !)
Dans cette présentation, j'aborderai le développement, ces dernières années, d'une théorie de l'information quantique interactive pour étudier la communication quantique bidirectionnelle.
En particulier, j'expliquerai comment préserver l'avantage quantique pour la communication bidirectionnelle sur des canaux de communication quantique bruités.
Doctorant, Université de Montréal
Une approche algorithmique pour quantifier l'émergence
Fondamentalement axée sur les données, la théorie algorithmique de l'information traite aussi bien de la description des systèmes physiques que des théories qui les sous-tendent. Elle fournit les outils pour quantifier le moment où, dans un système complexe, de nouvelles structures émergent. Afin de familiariser l'auditoire avec l'éclairage que la théorie algorithmique de l'information apporte à la physique, je présenterai d'abord des exemples tirés de la physique statistique.
Professeur, Université McGill
Décohérence dans les qutrits (systèmes à trois niveaux)
Je commencerai par une introduction aux systèmes de qutrits et de qudits (des systèmes à trois niveaux ou plus plutôt qu'à deux niveaux) et par un survol de leurs avantages potentiels et de leurs réalisations physiques, avant de présenter nos travaux avec Mackenzie, Eleuch et Boudreault sur les propriétés de décohérence particulières des systèmes de qutrits.
Stagiaire postdoctoral, Université McGill
Tomographie quantitative pour les systèmes quantiques à variables continues
Nous présentons un schéma de tomographie à variables continues qui reconstruit la fonction Q de Husimi (fonction de Wigner) par interpolation de Lagrange, à partir de mesures de la fonction Q (fonction de Wigner) aux points de Padoue, que l'on conjecture être des points d'échantillonnage optimaux pour la reconstruction bidimensionnelle. Notre approche réduit considérablement le nombre de mesures requises par rapport à l'utilisation de points équidistants sur une grille régulière, bien qu'il soit possible de réanalyser de telles expériences. L'algorithme de reconstruction produit une fonction reconstruite dont l'erreur décroît exponentiellement, avec un temps d'exécution quasi linéaire en fonction du nombre de points de Padoue. De plus, à l'aide du polynôme d'interpolation de la fonction Q, nous présentons une technique permettant d'estimer directement les éléments de la matrice densité de l'état à variables continues, avec une propagation seulement linéaire de l'erreur des mesures d'entrée.
Olivier Landon-Cardinal, Luke C.G. Govia, and Aashish A. Clerk, Phys. Rev. Lett. 120, 090501 (2018)
Chercheur principal, Conseil national de recherches Canada
Qubits de spin de trou dans des boîtes quantiques doubles latérales en GaAs/AlGaAs
La motivation pour développer la plateforme de spins de trous dans le GaAs repose sur une liste de caractéristiques potentiellement intéressantes, comme une interaction hyperfine réduite prévue entre les spins des trous et les spins nucléaires, un matériau à bande interdite directe optiquement actif, un facteur g effectif ajustable in situ selon l'orientation du champ, jusqu'à zéro (des propriétés utiles pour les dispositifs hybrides spin-photonique), et un fort couplage spin-orbite pour des opérations de porte et une lecture de spin rapides. Dans ma présentation, je présenterai nos résultats récents sur les qubits hybrides spin-charge à un seul trou et sur le qubit singulet-triplet à deux trous. Le régime à un seul trou a été exploré par interférométrie de Landau-Zener-Stückelberg (LZS), qui fait intervenir des processus tunnel avec conservation du spin et avec renversement du spin. Les motifs LZS évoluent avec la fréquence micro-onde, passant d'un régime discret, souvent appelé effet tunnel assisté par photons (PAT), à haute fréquence, à des franges LZS continues à basse fréquence.
En effectuant des mesures LZS à différents champs magnétiques, nous observons deux ensembles distincts de franges LZS décalés de l'énergie Zeeman [1]. Afin de mesurer le temps de relaxation de spin T1 d'un seul spin de trou en fonction du champ magnétique, nous proposons une nouvelle technique de mesure monocoup utilisant un mécanisme de verrouillage de charge [2] combiné au fort couplage spin-orbite pour un effet tunnel sélectif en spin et une lecture rapides. Nous étendons en outre nos mesures LZS au régime à deux trous près de la transition (02)-(11). Les résultats de l'interférométrie LZS du qubit de spin singulet-triplet seront présentés en fonction du désaccord, du champ magnétique et de la durée des impulsions.[
1] A. Bogan et al., arXiv:1711.03492 (2017); PRL (sous presse)
[2] S. A. Studenikin, et al., Appl. Phys. Lett. 101, 233101 (2012).
Stagiaire postdoctoral, Université de Sherbrooke
Directeur : Glen Evenbly
Sélection d'états initiaux par trempe génétique (Genetic Tempering) pour un échantillonnage Monte Carlo efficace
Nous présentons ici une solution de rechange aux techniques Monte Carlo qui exigent de longs temps d'échantillonnage. Des idées issues des algorithmes génétiques sont utilisées pour sélectionner les meilleurs états initiaux parmi de nombreuses itérations de Metropolis-Hastings indépendantes et parallèles, exécutées sur un seul processeur graphique. Cet algorithme représente la limite idéalisée de la méthode de trempe parallèle (parallel tempering) et, si les fils d'exécution sont parfaitement sélectionnés, il converge sans aucune itération Monte Carlo – bien que certaines soient nécessaires en pratique. Les modèles testés ici (Ising, kagomé antiferromagnétique et Ising à liaisons aléatoires) sont échantillonnés rapidement, avec une faible incertitude exempte d'autocorrélation.
[1] T.E. Baker, arXiv:1801.09379
Doctorant, Université McGill
Directeur : Jack Sankey
Progrès vers le contrôle optique de la géométrie mécanique
Nous rapportons nos progrès vers la création d'un mode mécanique localisé et accordable dans un cristal phononique à l'aide de la pression de radiation de la lumière [1]. Plus précisément, nous décrivons des techniques de fabrication produisant de façon reproductible des cristaux autoportants de SiN stœchiométrique de 100 nm à 300 nm d'épaisseur, d'une superficie atteignant 20 mm², comptant jusqu'à 2750 cellules unitaires et dotés d'attaches aussi étroites que ~1 μm. Nous mesurons par interférométrie le mouvement brownien de ces cristaux et identifions une bande interdite phononique nécessaire aux expériences de localisation induite par laser (avec un rapport entre la largeur de la bande interdite et la fréquence au centre de celle-ci atteignant 0,8), en accord avec des simulations COMSOL. Nous prévoyons une longueur de localisation d'environ une cellule unitaire pour nos dispositifs optimaux. Nous tentons d'abord de localiser le mode de bord de bande en modifiant sa fréquence mécanique au moyen d'une force bolométrique dépendant de la position. Nous utilisons pour cela une cavité Fabry-Pérot de faible finesse formée par l'extrémité d'une fibre optique et un cristal phononique recouvert de Pt. La position du cristal phononique module la force bolométrique, créant ainsi un ressort bolométrique lorsque le système est légèrement désaccordé par rapport à la résonance de la cavité. Nous mesurons une diminution de 9 % de la fréquence du mode de bord de bande en multipliant la puissance d'entrée par 5, avant la destruction du dispositif due à l'absorption de chaleur ou à l'antiamortissement. Pour éviter ce problème, nous réorientons maintenant l'expérience vers l'utilisation de la pression de radiation de la lumière, en plaçant un cristal phononique à l'intérieur d'une cavité à fibre. Nous discutons des considérations de conception d'une telle cavité.
[1] A. Z. Barasheed et al., Phys. Rev. A 93, 053811 (2016).
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Michel Pioro-Ladrière
Plateforme de silicium pour qubits de spin dans des boîtes quantiques
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Alexandre Blais
Qubit fluxonium à superinductance en nanofil
Les matériaux supraconducteurs désordonnés offrent de nouvelles possibilités pour réaliser des conceptions de circuits inédites grâce à leur inductance cinétique élevée. Nous réalisons ici un qubit fluxonium dans lequel un long nanofil de NbTiN shunte une seule jonction Josephson. Nous expliquons le spectre d'énergie mesuré du fluxonium à l'aide d'une théorie non perturbative qui tient compte de la structure multimode du dispositif sur une large plage de fréquences. Grâce à la spectroscopie Raman multiphotonique, nous adressons des transitions interdites du fluxonium et observons un dédoublement d'Autler-Townes à plusieurs niveaux. Enfin, nous mesurons les durées de vie de plusieurs états excités, allant de T1 = 620 ns à T1 = 20 μs, en appliquant des impulsions π consécutives entre plusieurs niveaux du fluxonium. Nos mesures démontrent que le NbTiN est un matériau approprié pour de nouvelles conceptions de qubits supraconducteurs.
Doctorant, Université McGill
Cavités Fabry-Perot optomécaniques ultracourtes
Nous rapportons nos progrès vers la création d'une cavité Fabry-Perot flexible, à l'échelle de la longueur d'onde, composée d'un miroir plan et d'une membrane de SiN d'environ 90 nm d'épaisseur. En utilisant cette structure comme « miroir d'entrée composé » d'une cavité optique de haute finesse de 10 cm de long, nous montrons que nous pouvons ajuster le couplage optomécanique de purement dispersif à purement dissipatif. Grâce à l'intégration d'un miroir à fibre dans la cavité de gravure de la membrane, ce système pourrait aussi permettre des systèmes optomécaniques de type « membrane au milieu » dont les longueurs de cavité sont comparables aux longueurs d'onde des lasers de télécommunication – une caractéristique plus souvent associée aux systèmes sur puce –, dans lesquels le taux de couplage optomécanique serait nettement plus élevé que celui des systèmes existants en espace libre ou à cavité fibrée.
Doctorant, Université McGill
Directeur : Bill Coish
Amélioration de la fidélité de préparation et de lecture des qubits de spin dans des boîtes quantiques à grilles
Stagiaire postdoctoral, Université de Sherbrooke
Directeur : Bertrand Reulet
Génération d'un champ micro-onde non gaussien par une jonction tunnel
La nature quantique des fluctuations de tension aux bornes d'une jonction tunnel a été démontrée dans des travaux antérieurs [1][2]. Les états du champ électromagnétique générés (vide comprimé à un et à deux modes) sont caractérisés uniquement par des corrélateurs de tension du second ordre (covariances). Dans ce projet, nous allons plus loin en générant des états non gaussiens, caractérisés par des corrélateurs de tension du troisième ordre (coasymétries), en photo-assistant la jonction tunnel à trois fois la fréquence de détection. Dans cette affiche, je présente des résultats préliminaires dans le régime classique (hf<kT), où la jonction est excitée de façon adiabatique. Je montrerai que la densité de probabilité dans l'espace des phases défini par les deux quadratures de la tension mesurée présente une symétrie de rotation d'ordre trois. Je dégagerai également plusieurs contributions au corrélateur de tension du troisième ordre, comme la rétroaction de l'environnement. Cette mesure valide notre montage expérimental en vue de futures mesures dans la limite quantique (hf>kT).
[1] G. Gasse, C. Lupien, and B. Reulet, Phys. Rev. Lett. 111, 2013
[2] J.C. Forgues, C. Lupien, and B. Reulet, Phys. Rev. Lett. 113, 2014
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Michel Pioro-Ladrière
Résonateur micro-onde 3D accordable en fréquence pour le contrôle cohérent de grands ensembles de centres NV
Les centres colorés azote-lacune du diamant sont prometteurs comme magnétomètres vectoriels de haute sensibilité, en raison de leur excellent temps de cohérence à température ambiante et de la possibilité de les adresser à l'aide d'impulsions optiques et micro-ondes (résonance magnétique détectée optiquement). Une façon d'accroître la sensibilité des mesures consiste à utiliser de grands ensembles de centres NV⁻ afin d'obtenir un avantage statistique; cela exige toutefois de pouvoir appliquer un champ micro-onde uniforme à l'ensemble complet. Combiner l'excitation et la lecture optiques à une excitation micro-onde uniforme dans un même dispositif s'est révélé difficile dans les réalisations expérimentales antérieures. Nous présentons ici le développement d'une géométrie de résonateur micro-onde tridimensionnel réentrant qui permet une excitation micro-onde uniforme (erreur RMS de 0,3 % sur l'amplitude du champ) et accordable en fréquence (plage d'accord de 300 MHz) sur des volumes macroscopiques (~3 mm³), ainsi que l'excitation laser et la mesure de photoluminescence. Nous présentons également des résultats de mesures ODMR sur un grand ensemble de centres NV⁻ (>10¹² spins). Ces travaux serviront à un magnétomètre à température ambiante à sensibilité accrue, mais pourraient aussi s'appliquer à toute expérience mesurant la résonance de spin sur de grands échantillons.
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Bertrand Reulet
Blocage de Coulomb dynamique photo-assisté
La théorie P(E) s'est révélée un outil puissant pour expliquer le transport à travers une jonction tunnel présentant un blocage de Coulomb dynamique (DCB), en décrivant le DCB comme un échange inélastique de photons entre les électrons qui passent par effet tunnel et leur environnement électromagnétique. Bien que très efficace, cette théorie ne précise pas clairement comment la réponse dynamique de l'environnement influence le DCB, c'est-à-dire comment la rétroaction de l'interaction entre l'environnement électromagnétique et un électron tunnel influe sur les suivants. Cette expérience, qui utilise une excitation alternative, vise à mettre en lumière cet aspect dynamique du DCB.
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : David Poulin
chflow – un outil logiciel pour la correction d'erreurs quantiques et la caractérisation du bruit
Le contrôle à précision arbitraire des systèmes quantiques est un objectif ambitieux en raison de la sensibilité des états quantiques aux influences de l'environnement, qui se manifestent sous forme d'erreurs dans un algorithme quantique. La correction d'erreurs quantiques et, plus généralement, les schémas tolérants aux fautes ont été conçus pour garantir un calcul quantique fiable en présence de bruit. Toutefois, dans la plupart des cas, ils ont été élaborés en supposant un modèle d'erreur simplifié correspondant à l'application probabiliste d'opérateurs de Pauli. Si les modèles de bruit de Pauli sont commodes pour faire des preuves de concept, de nombreux processus quantiques sont mal approximés par des erreurs de Pauli. Il est néanmoins crucial de disposer d'estimations précises de la qualité et de la quantité des ressources matérielles nécessaires à un algorithme quantique avant d'entreprendre une réalisation physique. Inspirés par cette exigence, nous avons développé un outil logiciel, appelé « chflow » (disponible en ligne sur GitHub), qui fournit des estimations numériques de la performance d'un schéma de correction d'erreurs sous différents processus de bruit. Concrètement, l'outil logiciel peut servir à étudier la réponse de n'importe quel schéma de correction d'erreurs à stabilisateurs sous n'importe quel processus de bruit complètement positif et préservant la trace (CPTP). Les simulations de correction d'erreurs quantiques avec des processus de bruit génériques sont très gourmandes en ressources. Elles pourraient toutefois être évitées si le bruit sur l'information logique pouvait être estimé avec précision à l'aide de certains paramètres du modèle de bruit physique. Dans les travaux [arXiv:1711.04736], on a observé que les métriques d'erreur standard ne peuvent fournir que des estimations très grossières du bruit sur l'information logique. Les outils de « chflow » utilisent des techniques d'apprentissage automatique pour dériver de nouvelles définitions opérationnelles de l'intensité du bruit dans les processus physiques, qui aident à obtenir de meilleures estimations du bruit sur l'information logique que les métriques connues jusqu'ici.
Doctorant, Université McGill
Directeur : Bill Coish
Tenseurs hyperfins ab initio dans Si et GaAs
Les spins d'électrons (de trous) confinés dans des nanostructures semi-conductrices interagissent avec les spins nucléaires qui composent la nanostructure par l'intermédiaire de l'interaction hyperfine. Il est important de comprendre l'interaction hyperfine, d'une part pour limiter la décohérence qu'elle cause et, d'autre part, pour tirer parti de la dynamique qu'elle induit. Nous avons utilisé la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) pour calculer les fonctions d'onde des états aux minima de la bande de conduction et au maximum de la bande de valence dans le GaAs et le Si, afin d'évaluer les constantes hyperfines des électrons et des trous dans ces matériaux. Cette méthode nous permet d'inclure des termes non colinéaires et de calculer les effets de l'interaction orbitale-nucléaire. Pour les électrons dans le silicium et le GaAs, nos résultats ne concordent avec les expériences antérieures que lorsque l'opérateur hyperfin entièrement relativiste est pris en compte. Pour les trous, nous constatons que la forme du hamiltonien hyperfin dans le sous-espace des trous lourds est de type Ising, ce qui peut procurer des avantages intéressants, comme amener le système vers un régime de moyennage par le mouvement à l'aide d'un champ magnétique appliqué dans le plan, ce qui limite la capacité de l'interaction hyperfine à induire de la décohérence sur le spin du trou.
Professionnel de recherche, Université de Sherbrooke
Directeur : Bertrand Reulet
Fluctuations de courant non gaussiennes dans un conducteur diffusif court
Nous présentons la mesure du troisième moment des fluctuations de courant dans un court fil métallique à basse température. Les données sont déduites de la statistique des fluctuations de tension aux bornes du conducteur, grâce à une détermination minutieuse des contributions de l'environnement. À faible polarisation, nos résultats concordent très bien avec les prédictions théoriques pour le transport cohérent, sans aucun paramètre d'ajustement. En augmentant la tension de polarisation, nous explorons la transition du transport élastique au transport inélastique.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Michel Pioro-Ladrière
Procédé de fan-out sur une structure CMOS FD-SOI 28 nm pour la caractérisation cryogénique
La compatibilité des qubits de silicium avec la technologie CMOS est très prometteuse pour la cointégration de systèmes quantiques avec des systèmes classiques de contrôle et de lecture en vue d'une intégration à grande échelle [1-2]. Pour réaliser cette cointégration, le comportement des structures MOS classiques à température cryogénique doit être étudié, puisque les systèmes quantiques à l'état solide doivent fonctionner à de telles températures. Comme ces dispositifs sont fabriqués sur des plaquettes multiprojets de STMicroelectronics, leur taille et leur emplacement les rendent difficiles à connecter pour la caractérisation cryogénique. Pour surmonter ce problème, nous présentons ici un procédé de fan-out en fin de ligne (BEOL, Back-End Of Line) sur une structure CMOS avancée destinée à la cointégration, afin de faciliter la caractérisation cryogénique. Ce procédé est compatible avec la technique de puce retournée (flip chip) utilisant un interposeur comme solution de rechange au microcâblage.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Michel Pioro-Ladrière
Utilisation d'un anneau de garde comme composant de protection contre les décharges électrostatiques (ESD) pour les jonctions tunnel
Les procédés modernes de fabrication électronique permettent de réaliser des dispositifs à l'échelle nanométrique. Toutefois, la petite taille de ces dispositifs accroît leur sensibilité aux décharges électrostatiques (ESD). Dans bien des cas, il devient difficile de manipuler et de caractériser les échantillons sans les endommager, surtout lorsque de nombreuses étapes de préparation sont nécessaires avant l'expérience finale. L'utilisation d'un anneau de garde qui court-circuite toutes les connexions des échantillons peut donc les protéger lorsqu'elle est combinée à de simples précautions contre les ESD. L'anneau de garde peut ensuite être retiré à l'aide d'une pointe de diamant après le processus de préparation, lorsque les échantillons sont adéquatement mis à la terre. Sur des jonctions tunnel Al/Co qui ne tolèrent qu'une tension maximale de quelques volts, il a été possible d'atteindre un rendement de 93 % sur l'ensemble du processus de préparation, qui comprend le découpage et le microcâblage. L'effet des arêtes vives dans la conception des jonctions a également été étudié, mais la géométrie des jonctions n'influence pas l'occurrence des ESD lorsque les travaux de sortie des métaux sont semblables.
Stagiaire postdoctoral, Université de Sherbrooke
Directeur : Michel Pioro-Ladrière
Qmag et QMSat : prototypage de magnétométrie à base de diamant pour la géophysique au sol et spatiale
Doctorant, Université de Sherbrooke
Directeur : Alexandre Blais
Mesure de parité de qubits par excitation paramétrique en électrodynamique quantique en circuit
Les mesures de parité à plusieurs qubits sont essentielles à la correction d'erreurs quantiques. Les réalisations actuelles de ces mesures reposent souvent sur des qubits ancillaires, une méthode sensible aux portes à deux qubits défectueuses et qui exige un surcoût expérimental important. Nous introduisons une mesure de parité à plusieurs qubits efficace en ressources matérielles, qui exploite la dynamique de bifurcation d'un oscillateur non linéaire excité paramétriquement. Cette approche tire parti du seuil d'oscillation paramétrique du résonateur, qui dépend de la parité conjointe de qubits couplés de façon dispersive, ce qui entraîne des oscillations de grande amplitude pour un sous-espace de parité et aucune oscillation pour l'autre. Nous présentons des résultats analytiques et numériques pour des mesures de parité à deux et à quatre qubits, avec une lecture de haute fidélité préservant les sous-espaces propres de parité. De plus, nous discutons d'une réalisation possible qui peut être mise en œuvre directement avec les outils expérimentaux actuels de l'électrodynamique quantique en circuit. Ces résultats pourraient mener à des simplifications importantes dans la mise en œuvre expérimentale de la correction d'erreurs quantiques, notamment du code de surface.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Alexandre Blais
Schémas efficaces en ressources matérielles pour le calcul quantique avec des états chat photoniques
Les protocoles de calcul quantique tolérant aux fautes exigent des milliers de qubits physiques par qubit logique pour effectuer des calculs quantiques en présence de processus de bruit inconnus. Le surcoût en qubits physiques qui en résulte constitue un défi redoutable pour la réalisation expérimentale d'un ordinateur quantique tolérant aux fautes à grande échelle. Toutefois, une meilleure compréhension du bruit qui affecte les éléments matériels peut aider à réduire considérablement le surcoût lié à la tolérance aux fautes. Plus précisément, les systèmes à bruit biaisé peuvent servir à améliorer les schémas standard de correction d'erreurs, avec un faible surcoût. Un candidat particulièrement intéressant pour un tel système à bruit fortement biaisé consiste à utiliser des états chat de photons micro-ondes stabilisés. Nous présenterons des schémas de stabilisation d'états chat et discuterons de la façon dont les processus de bruit photonique affectent l'information quantique sous-jacente dans ce cadre. De plus, nous examinons la performance d'un code de répétition simple à 5 qubits avec ces états chat stabilisés et la comparons à celle du code à 5 qubits bien connu utilisant des états de Fock standard et leur bruit non biaisé. Le compromis entre la fidélité de l'information encodée et le surcoût associé est meilleur dans le premier cas, ce qui met en évidence l'avantage potentiel d'optimiser la correction d'erreurs pour le bruit biaisé des états chat. D'autres travaux sur des schémas de calcul quantique tolérant aux fautes optimisés pour le modèle d'erreur des états chat pourraient révéler un surcoût en ressources réduit par rapport aux schémas conçus pour un bruit non biaisé.
Étudiante à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : Michel Pioro-Ladrière
Couplage spin-orbite induit par micro-aimants pour les modes de Majorana
Les fermions de Majorana sont des quasi-particules topologiquement protégées qui apparaissent aux extrémités de fils semi-conducteurs unidimensionnels dotés d'un fort couplage spin-orbite et d'une supraconductivité induite. Alors que les réalisations récentes reposent surtout sur des nanofils à fort couplage spin-orbite intrinsèque, ces approches offrent un contrôle limité sur des propriétés comme la longueur du fil et le potentiel de confinement. Nous explorons ici des conceptions polyvalentes composées de réseaux de micro-aimants afin de façonner le couplage spin-orbite dans un gaz d'électrons bidimensionnel. D'une part, nous déterminons, au moyen de simulations numériques, des conditions propices à l'observation expérimentale de fermions de Majorana dans l'arséniure de gallium et le silicium. D'autre part, nous présentons les premières étapes expérimentales vers la mesure directe du couplage spin-orbite induit par un seul aimant dans un montage de focalisation magnétique.
Étudiant à la maîtrise, Université de Sherbrooke
Directeur : David Poulin
Une approche par réseaux de tenseurs de la théorie des codes
Ces travaux reposent sur deux développements récents en théorie de l'information et en physique à N corps : d'une part, l'introduction par Erdal Arikan, en 2009, des codes polaires, des codes correcteurs d'erreurs qui atteignent la capacité du canal; d'autre part, l'introduction du MERA ramifié (branching MERA) par Glen Evenbly et Guifre Vidal en 2014. Plus tard la même année, Andy Ferris et David Poulin ont montré que la tâche de décodage peut être ramenée à la contraction d'un réseau de tenseurs. Il est donc possible de concevoir un décodeur efficace en trouvant un réseau de tenseurs contractable efficacement. À partir de cette idée, il a été possible de généraliser les codes polaires à une vaste famille de codes, appelés codes MERA ramifiés, que nous pouvons décoder de manière efficace au moyen du décodeur dit par annulation successive. Nous présentons ici les méthodes et les logiciels que nous avons développés pour analyser les codes de cette famille, ainsi que la théorie sous-jacente qui permet de relier les codes correcteurs d'erreurs et les réseaux de tenseurs.