Qubits supraconducteurs protégés basés sur des modes à haute impédance

Les circuits supraconducteurs quantiques constituent une plateforme de pointe pour le traitement de l’information quantique. L’utilisation de ce type de circuits en tant que qubits est en partie motivée par la grande flexibilité avec laquelle ces dispositifs peuvent être fabriqués. Cette flexibilité fait en sorte que les circuits supraconducteurs sont attractifs comme une architecture pour le design des qubits, des amplificateurs, des détecteurs de photons et d’autres dispositifs quantiques. Le domaine des qubits supraconducteurs est en rapide évolution depuis quelques an nées, ce qui a conduit à un certain nombre d’avancées majeures, dont la récente démonstration de la suprématie computationnelle quantique. Cela a été possible en partie grâce à l’introduction de l’architecture de l’électrodynamique quantique des circuits, et du qubit transmon. Le qubit transmon est protégé contre la source de bruit la plus nuisible dans les dispositifs mésoscopiques (bruit de charge), tout en possédant un design simple permettant sa mise en l’échelle. Cependant, malgré le succès retentissant du qubit transmon, d’autres qubits supraconducteurs, tels que le fluxonium et les circuits 0 − π, ont en principe le potentiel d’être plus performants. En particulier, le qubit 0 − π utilise des modes de circuit à haute impédance qui sont réalisés en utilisant de grandes inductances (ou superinductances) afin de rendre le système insensible au bruit de flux. Les superinductances, ainsi que les dispositifs de fluxonium et de 0 − π qubit, sont le principal objet de cette thèse.Abstract: Superconducting quantum circuits are a leading platform for quantum-information processing. Part of the motivation behind using superconducting circuits as qubits lies in the fact that these devices can be engineered with great flexibility. This also makes superconducting quantum circuits attractive as an architecture for building devices that go beyond qubits, such as amplifiers, photon detectors, among others, and for the exploration of the rich physics of quantum optics in new parameter regimes. The field of superconducting qubits has gone through a rapid development in the last fewyears, leading to a number of major breakthroughs including the recent quantum computational supremacy demonstration. This has been possible thanks in part to the introduction of the circuit quantum electrodynamics architecture and the transmon qubit. This qubit combines insensitivity to the most detrimental source of noise in mesoscopic devices (charge noise), with a simple design and scalable fabrication. However, despite the overwhelming success of the transmon qubit, other implementations of superconducting qubits, such as the fluxonium and the 0 p circuits, have the potential to perform better. In particular, the 0 p qubit makes use of high-impedance circuit modes, which are realized using large inductances (or superinductances), in order to render the system insensitive to flux noise. Superinductances, along with the fluxonium and 0 p qubit devices are the main focus of this thesis