Dissipation in superconducting quantum circuits

Dans un monde en transition vers l'ère de la deuxième révolution quantique, il est crucial d'éviter des processus tels que la dissipation, qui annihile inutilement l'état quantique. Par conséquent, comprendre les sources de perte responsables de la relaxation dans un système quantique donné est très pertinent. Puisque les circuits quantiques supraconducteurs sont les prétendants favoris pour l'informatique quantique, deux directions sont suivies dans ce travail pour étudier les sources de perte dans de tels circuits.1. Les résonateurs supraconducteurs à facteur de qualité élevé ont plusieurs applications en technologie quantique. Ce sont aussi les meilleurs bancs d'essai pour étudier les pertes. Dans ce travail, l'étude des pertes est réalisée en réalisant des résonateurs en aluminium de différents libre parcours moyen et capacités. Le comportement du facteur de qualité interne en fonction de la puissance micro-onde appliquée et de la température est étudié. L'étude se concentre sur les quasiparticules et les pertes diélectriques dans les résonateurs, qui sont considérées comme la principale cause de pertes dans les circuits quantiques supraconducteurs. Une analyse comparative des pertes du plan de masse est également effectuée afin d'estimer les pertes causées par le plan de masse métallique.2. Le qubit de fluxonium est l'un des qubits supraconducteurs de pointe. Leurs temps de relaxation peuvent atteindre 8 à 10 millisecondes dans une architecture 3D. Pour atteindre une grande évolutivité, les qubits doivent être fabriqués à l'aide d'une architecture 2D. Le changement d'architecture impose de nouvelles contraintes aux sources traditionnelles de perte tout en en introduisant de nouvelles. Les sources de perte provoquant la relaxation du qubit dans le qubit 2D Fluxonium sont le domaine d'intérêt dans ce travail. De plus, les causes du bruit dans un tel qubit sont examinées afin de comprendre les limites de la cohérence du qubit.In a world transitioning to the era of second quantum revolution, avoiding processes such as dissipation, which annihilates the quantum state unnecessarily, is crucial. Therefore, understanding the sources of loss responsible for the relaxation in a given quantum system is highly relevant. Since superconducting quantum circuits are the favorite contenders for quantum computing, two directions are followed in this work to study the sources of loss in such circuits.1.Superconducting high quality factor resonators have several applications in quantum technology. They are also the best test beds to study losses. In this work, the study of losses is carried out by realizing Aluminum resonators of different mean free path and capacitances. The behavior of the internal quality factor as a function of applied microwave power and temperature is investigated. The study focuses on the quasiparticle and dielectric losses in the resonators which have been argued to be the main cause of losses in superconducting quantum circuits. A comparative analysis of ground plane loss is also carried out in order to estimate the losses caused by the metallic ground plane. 2.Fluxonium qubit is one of the state of the art superconducting qubits. Their relaxation times are as high as 8-10 milliseconds in 3D architecture. To achieve large scalability, the qubits must be fabricated using 2D architecture. The change in architecture places new constraints on traditional sources of loss while also introducing new ones. The sources of loss causing qubit relaxation in 2D Fluxonium qubit are the area of emphasis in this work. Furthermore, the causes of noise in such a qubit are examined in order to understand the limitations on the coherence of the qubit