Engineering multi-photon dissipation in superconducting circuits for quantum error correction

Les etats quantiques peuvent occuper des etats particuliers tels que les etats de superposition ou intriques. Ces etats sont fragiles et finissent toujours par etre detruits par d’inevitables interactions avec l’environnement. La protection d’etats quantiques contre la decoherence est un probleme fondamental en physique, mais aussi un point crucial pour l’avenir de l’informatique quantique. Dans cette these, nous discutons d’experiences conduites sur des circuits supraconducteurs qui cherchent a mettre en evidence un nouveau qubit : le qubit de chat de Schrodinger. Ce qubit appartient a la classe des codes bosoniques qui encodent l’information quantique dans l’espace de Hilbert de dimension infinie d’un resonateur microonde. En modelant avec soin la dissipation de ce resonateur, nous parvenons a stabiliser les etats de base du qubit de chat sans affecter leurs superpositions. En terme d’erreurs, cela se traduit en un taux de bit-flip reduit sans augmenter le taux de phase-flip initial. Cette approche vient defier l’intuition selon laquelle un qubit doit etre isole de son environnement. Au lieu de cela, cette dissipation bien choisie agit comme une boucle de retroaction qui corrige les erreurs de maniere continue et autonome. Cette dissipation decisive est connue sous le nom de dissipation a deux photons et est generee grâce a la methode du pompage parametrique. Dans notre cas, il est utilise pour intensifier selectivement une interaction d’echange de photons deux-pour-un entre le resonateur du qubit de chat et un autre resonateur dissipatif. Pour demontrer la correction d’erreur avec les qubits de chats, des efforts experimentaux ont ete fournis pendant cette these pour franchir le seuil au dela duquel la correction est plus rapide que l’apparition de nouvelles erreurs, notamment celles induites par le mecanisme de correction lui-meme. Ceci nous a conduit a questionner les limites actuelles du pompage parametrique afin de mieux concevoir nos circuits supraconducteurs. Maitriser ces dissipations exotiques nous a aussi amene a d’autres applications telles que la detection de photon microondes itinerants pour laquelle une preuve de principe experimentale a ete realisee au cours de cette these.