Action en retour de la mesure et rétroaction sur un qubit supraconducteur
Philippe Campagne-Ibarcq (LPA)

Résumé

En physique quantique, une mesure correspond à l’interaction d’un système avec un observateur, qui fait partie de l’environnement. En général, cette mesure perturbe l’état du système, un effet connu sous le nom d’action en retour. Cette perturbation est stochastique et ne peut pas être prédite a priori. Cependant, si l’observateur extrait efficacement l’information lors de la mesure, il peut connaître a posteriori cette action en retour et ainsi suivre l’évolution du système.

En tant que machines quantiques flexibles, dont le comportement global suit les lois de la physique quantique, les circuits supraconducteurs sont des systèmes prometteurs pour étudier ce sujet. Il a été démontré que le temps de cohérence d’un qubit en particulier, le transmon 3D, qui est fabriqué selon une architecture nouvelle, pouvait dépasser les 100 microsecondes. Associé au développement d’amplificateurs paramétriques fonctionnant proche de la limite quantique, eux aussi basés sur des circuits supraconducteurs, il est possible de manipuler de manière cohérente, mesurer et réagir sur un transmon 3D avant qu’il ne perde sa cohérence.

Dans cette thèse, nous décrivons plusieurs expériences réalisant ces différentes taches sur un transmon 3D. En particulier, le signal de fluorescence est utilisé pour suivre l’état du qubit au cours d’un saut de relaxation. En faisant la moyenne de ce signal conditionné au résultat d’une mesure projective finale, nous observons des weak values allant au delà des valeurs atteignables pour une moyenne sans post-selection. Ce signal sert aussi à implémenter une rétroaction continue et analogique pour stabiliser un état arbitraire du qubit. Nous décrivons également une mesure non destructive et de haute fidélité en un coup, qui est utilisée pour implémenter une rétroaction stroboscopique et digitale, elle aussi permettant de stabiliser un état arbitraire.