Thèse Observation et Manipulation des États Moléculaires d'Andreev dans des Dispositifs Quantiques Supraconducteurs Hybrides H/F - Institut Polytechnique de Paris École polytechnique

Établissement : Institut Polytechnique de Paris École polytechnique
École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris
Laboratoire de recherche : PMC - Laboratoire de Physique de la Matière Condensée
Direction de la thèse : Landry BRETHEAU ORCID 000000015628934X
Début de la thèse : 2026-11-01
Date limite de candidature : 2026-03-20T23:59:59L'effet Josephson, qui décrit le couplage entre deux supraconducteurs à travers un lien faible, constitue la base de nombreux dispositifs quantiques. Alors qu'il a principalement été exploité dans des jonctions tunnel, les jonctions Josephson hybrides - dans lesquelles des conducteurs quantiques sont utilisés comme liens faibles - offrent une physique riche à explorer. Dans de tels systèmes, la physique est gouvernée par des états fermioniques microscopiques localisés au niveau du lien faible et dépendant de la différence de phase supraconductrice, appelés états liés d'Andreev (ABS). Au QCMX Lab, nous intégrons des matériaux quantiques de basse dimension (1D ou 2D) dans des circuits supraconducteurs afin de réaliser de telles jonctions Josephson hybrides et explorer leurs propriétés quantiques.

Au cours des six dernières années, nous avons développé une nouvelle technique de nanofabrication ultra-propre [1] permettant l'intégration de nanotubes de carbone (CNT) dans des circuits supraconducteurs afin de réaliser des jonctions Josephson hybrides. Grâce à cette approche, nous avons obtenu le premier contrôle quantique d'un qubit supraconducteur basé sur un nanotube de carbone unique [2], appelé gatemon. En parallèle, nous avons conçu un dispositif - constitué de deux jonctions CNT placées en série à proximité immédiate - qui a été caractérisé par des mesures de transport à basse fréquence et qui présente un effet Josephson non local résultant de la formation d'états fermioniques hybridées appelés les états moléculaires d'Andreev [3].

Ce projet de thèse s'appuiera sur cette technique innovante et sur nos résultats récents. Son objectif principal est de réaliser un dispositif de type gatemon dont l'élément central est une double jonction Josephson basée sur un nanotube de carbone. En sondant le qubit bosonique gatemon, nous chercherons à accéder aux états moléculaires d'Andreev sous-jacents. Au-delà de leur simple observation, nous tenterons de manipuler ces états fermioniques exotiques en ajustant leur énergie dans la gamme de fréquences micro-ondes accessible. À terme, nous étudierons l'interaction entre ces degrés de liberté bosoniques et fermioniques.

En parallèle et en synergie avec ces travaux, nous mesurerons l'inductance cinétique de nanotubes de carbone recouverts d'une fine couche de métal supraconducteur afin de réaliser un nouvel élément de circuit. Cette mesure, effectuée dans une architecture de type circuit QED à des fréquences micro-ondes, ouvrira la voie à l'exploration de matériaux plus complexes, tels que des composés de graphène multicouches, dans le but d'étudier des phénomènes de supraconductivité exotique.

Over the past decade, there has been remarkable progress in the observation and coherent control of individual Andreev bound states through the study of hybrid superconducting nanostructures. The emergence of multiterminal Josephson junctions has further energized the field, as these systems are predicted to exhibit topological properties linked to their nontrivial Andreev spectra. So far, however, such multiterminal junctions have been investigated primarily through DC transport measurements. Here, we propose to integrate a carbon nanotube-based double Josephson junction into a circuit QED architecture in order to probe and manipulate Andreev molecular states at microwave frequencies.

Circuit Design and Electromagnetic Simulations, Nanofabrication, Cryogenics, DC and Microwave Measurements, Data Analysis and Modeling

- Étudiant(e) en M2 de Physique Quantique / Physique de la Matière Condensée.
- Solide formation en Mécanique Quantique et Physique de la Matière Condensée. Des connaissances en Physique Mésoscopique, Supraconductivité et Technologies Quantiques constituent un véritable atout.
- Étudiant(e) très motivé(e) et talentueux(se), désireux(se) de découvrir la recherche expérimentale dans le domaine des circuits quantiques supraconducteurs et des matériaux quantiques de basse dimension. La persévérance et un fort esprit d'équipe sont des qualités clés.
- Compétences en conception de circuits et simulations électromagnétiques, nanofabrication, cryogénie, mesures micro-ondes, analyse de données et modélisation théorique. Toutes ces compétences constituent un réel atout et seront développées davantage au cours du doctorat.