Accélérer la mise à l’échelle des processeurs quantiques avec les boîtes quantiques à grilles d’accumulation séparées

Cette thèse explore les promesses d’une structure minimaliste pour la formation de boîtes quantiques. L’objectif de cette étude est d’accélérer le développement et la mise à l’échelle de processeurs quantiques basés sur les qubits de spin dans le silicium. La structure minimaliste dite à grilles d’accumulation séparées permet de former des boîtes quantiques et leurs réservoirs avec une seule couche de grilles de contrôle. L’utilisation d’une seule couche de grilles promet une intégration plus aisée aux procédés de fabrication industriels, un atout précieux pour la mise à l’échelle rapide des processeurs quantiques. Tout d’abord, la performance des dispositifs à grilles d’accumulation séparées est évaluée selon sa capacité à atteindre le régime à porteur de charge unique, à contrôler la séparation des vallées de la bande de conduction propre au silicium, et à ajuster le taux tunnel entre la boîte quantique et son réservoir. En particulier, un paramètre permettant de quantifier l’orthogonalité de contrôle entre le taux tunnel et l’occupation d’une boîte quantique est introduit. Une comparaison avec des dispositifs à l’état de l’art révèle une performance équivalente de la structure à grilles d’accumulation séparées selon ces critères. On démontre également pour la première fois l’avantage procuré par l’utilisation de la grille d’accumulation du réservoir pour ajuster le taux tunnel. Ceci permet de s’affranchir de la nécessité d’une grille de contrôle dédiée et de simplifier la fabrication des dispositifs de boîtes quantiques. Par la suite, un modèle original est développé pour démontrer le rôle joué par l’accumulation d’électrons dans le réservoir sur l’allure du diagramme de stabilité et l’orthogonalité de contrôle. Enfin, une étude du couplage entre deux boîtes quantiques dans ces dispositifs est présentée, révélant la possibilité de mettre à l’échelle le nombre de boîtes quantiques avec une architecture comprenant une seule couche de grilles de contrôle. Une caract