Thèse Ingénierie de Surface pour Améliorer les Temps de Cohérence des Qubits Supraconducteurs H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation Laboratoire de recherche : DRF-Institut de Recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) Direction de la thèse : Yasmine KALBOUSSI ORCID 0000000214300034 Début de la thèse : 2026-10-15 Date limite de candidature : 2026-10-15T23:59:59 L'informatique quantique est considérée comme l'une des avancées les plus prometteuses dans le domaine des technologies de calcul, grâce à son potentiel pour résoudre des problèmes jugés hors de portée même des supercalculateurs conventionnels les plus performants. Au coeur des ordinateurs quantiques se trouvent les qubits, qui exploitent les principes de la mécanique quantique pour effectuer des opérations. Parmi les technologies les plus avancées pour la réalisation d'ordinateurs quantiques figurent les qubits supraconducteurs, notamment en raison de leur potentiel de passage à l'échelle et de leur compatibilité avec les technologies existantes de l'industrie des semi-conducteurs.

Cependant, leur mise en oeuvre pratique reste limitée par leurs faibles temps de cohérence quantique, alors que ceux-ci sont essentiels pour préserver les états quantiques suffisamment longtemps afin de réaliser des calculs fiables. L'une des principales sources de décohérence dans les qubits supraconducteurs provient des défauts de type systèmes à deux niveaux (Two-Level Systems, TLS), présents dans les oxydes natifs des films supraconducteurs ainsi que dans les régions diélectriques avoisinantes. Ces défauts TLS interagissent avec les champs électromagnétiques des qubits, absorbent une partie de leur énergie et entraînent ainsi la relaxation ou le déphasage des états quantiques. Malgré les progrès réalisés dans la conception des circuits, les pertes liées aux TLS demeurent l'un des principaux facteurs limitant les performances des qubits supraconducteurs.

Ce projet de thèse propose une approche innovante visant à atténuer les pertes associées aux surfaces par l'ingénierie de couches de passivation sur les films supraconducteurs. En combinant des procédés de dépôt et de gravure par couches atomiques - respectivement Atomic Layer Deposition (ALD) et Atomic Layer Etching (ALE) - avec des traitements thermiques adaptés, le projet vise à réduire la densité des défauts TLS et à améliorer les temps de cohérence des qubits. Superconducting qubits are among the most promising platforms for scalable quantum computing. However, their performance remains limited by short coherence times, partly due to two-level-system (TLS) defects located in native oxides and at material interfaces. Surface engineering using atomic layer deposition (ALD), atomic layer etching (ALE), and tailored thermal treatments offers a promising approach to reduce these losses and enhance qubit coherence. The PhD candidate will play a role in advancing superconducting qubit technologies by developing and optimizing ALD-deposited

passivating layers (including oxides, nitrides, and noble metals) and atomic layer etching in combination with tailored thermal treatments on Nb and Ta thin films. A major part of the work will involve quantifying TLS defect densities through the fabrication and cryogenic testing of superconducting resonators. The candidate will also integrate the optimized surface passivation strategies into Transmon qubits, with their coherence times measured in collaboration with the Quantronics group. Finally, the project will establish correlations between surface properties and qubit performance using advanced material characterization techniques such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Transmission electron Microscopy (TEM) and Tunneling spectroscopy.

La candidate ou le candidat devra être titulaire d'un diplôme d'ingénieur ou d'un master (ou diplôme équivalent) en physique, science des matériaux ou ingénierie quantique, et posséder de solides connaissances dans au moins l'un des domaines suivants : supraconductivité, dispositifs quantiques, dépôt de couches minces - en particulier le dépôt par couches atomiques (Atomic Layer Deposition, ALD) - ou caractérisation des surfaces et des matériaux.

Des compétences expérimentales complémentaires en nanofabrication en salle blanche, cryogénie et mesures radiofréquences (RF) seraient particulièrement appréciées. Au-delà de l'expertise scientifique et technique, le poste requiert de solides capacités d'analyse et de résolution de problèmes, ainsi qu'un esprit d'initiative et la capacité de contribuer activement au développement de nouvelles idées.

La candidate ou le candidat devra faire preuve de rigueur dans la conduite des expériences et l'analyse des résultats, et être capable de communiquer efficacement ses travaux, aussi bien par écrit que lors de présentations dans des conférences internationales. Une excellente maîtrise de l'anglais, à l'écrit comme à l'oral, est indispensable, de même que la capacité à documenter de manière claire et efficace l'avancement des travaux de recherche.

Enfin, la candidate ou le candidat devra apprécier le travail dans un environnement collaboratif et interdisciplinaire, à l'interface entre la science des matériaux, la nanofabrication et les technologies quantiques.

• Anglais
• Pro-activité
• Esprit d'analyse
• Méthodes d'amélioration OMQ