Les technologies quantiques connaissent un développement rapide, largement porté par les perspectives offertes par l’informatique quantique. Contrairement aux ordinateurs classiques, les ordinateurs quantiques exploitent des phénomènes quantiques tels que la superposition et l’intrication, offrant potentiellement une augmentation considérable de la puissance de calcul. Cependant, la conception de systèmes physiques capables de stocker et de manipuler l’information quantique de manière fiable demeure un défi majeur. Aujourd’hui, plusieurs plateformes physiques sont étudiées pour l’informatique quantique, notamment les circuits supraconducteurs, les ions piégés, les atomes neutres et les boîtes quantiques semiconductrices. Depuis la proposition des qubits de spin dans les semiconducteurs par Loss et DiVincenzo en 1998, les boîtes quantiques se sont imposées comme une plateforme prometteuse pour l’étude et le contrôle des états quantiques. Plus récemment, les spins de trous confinés dans des hétérostructures contraintes Ge/SiGe ont suscité un intérêt considérable en raison de leur fort couplage spin-orbite, qui permet un contrôle rapide des qubits entièrement électrique, ainsi que de leur compatibilité avec les technologies de fabrication des semiconducteurs existantes, offrant ainsi des perspectives prometteuses pour leur montée en échelle. Cette thèse porte sur l’étude des systèmes à spin de trou réalisés dans des boîtes quantiques planaires Ge/SiGe et explore la nature des états quantiques pertinents pour les architectures de qubits de spin singulet--triplet et de type Loss--DiVincenzo. Dans ce but, un procédé de nanofabrication a été développé afin de réaliser des dispositifs définis électrostatiquement fonctionnant dans le régime de quelques trous, incluant des architectures à plusieurs boîtes quantiques intégrant des capteurs de charge. Les propriétés électroniques et de spin de ces dispositifs ont été caractérisées à l’aide de la réflectométrie radiofréquence par détection de charge. Les mesures obtenues mettent en évidence le lien étroit entre les procédés de fabrication et les performances des dispositifs, soulignant l’importance de techniques de fabrication optimisées pour la réalisation de systèmes de boîtes quantiques de haute qualité. Un axe central de cette thèse a été l’étude de la relaxation des états quantiques pertinents pour la lecture des qubits de spin. À l’aide de mesures résolues en temps, les dynamiques de relaxation et leur anisotropie ont été étudiées, révélant une forte dépendance des temps de relaxation à l’orientation dans le plan du champ magnétique appliqué. Ces observations mettent en lumière le rôle essentiel du couplage spin-orbite et de l’anisotropie des facteurs g dans la détermination de la durée de vie des états quantiques. Les résultats apportent un éclairage direct sur les mécanismes de relaxation des spins de trous et montrent que la durée de vie des états de spin peut être modulée par l’orientation du champ magnétique, avec des perspectives d’optimisation supplémentaires grâce à l’ingénierie du tenseur g. Enfin, ces résultats suggèrent qu’une compréhension détaillée du tenseur g permet d’identifier les orientations optimales du champ magnétique maximisant la fidélité de lecture des qubits de spin et améliorant leurs performances globales​.​

Direction
​Silvano De Franceschi​
Co-Direction
Vivien Schmitt