Cryogenic nanoscale metrology of quantum circuits

Description du projet

Une métrologie cryogénique à l’échelle nanométrique pour les technologies quantiques

Les technologies de l’informatique quantique sont sur le point de révolutionner différents domaines de recherche et secteurs, en faisant progresser les soins de santé, la finance et d’autres. Cependant, la complexité croissante des circuits quantiques a créé un besoin pressant d’outils avancés à l’échelle nanométrique pour la fabrication et la métrologie. Le défi est compliqué par les températures sub-Kelvin de fonctionnement des dispositifs quantiques, qui rendent inefficaces les techniques conventionnelles de métrologie microélectronique et d’imagerie thermique. Le projet CryoQMetrology, financé par le CER, vise à développer une technique d’imagerie thermique cryogénique capable d’atteindre des températures de l’ordre du milli-Kelvin avec une sensibilité thermique accrue. Pour ce faire, le projet adaptera les dispositifs d’interférence quantique supraconducteurs aux applications de métrologie industrielle tout en améliorant leur efficacité et leur durabilité.

Objectif

Quantum computing holds the potential to highly impact our society and revolutionize scientific research, healthcare, finance, and beyond. As the complexity of quantum circuits increases, advanced tools for nanoscale metrology of the sources of decoherence and energy loss will become vital for large scale fabrication, inspection, and optimization of quantum devices and microcircuits. The main obstacle is that in contrast to classical computation, solid state quantum devices operate at sub-Kelvin temperatures at which the currently available microelectronics metrology and thermal imaging techniques are inoperable.

In our ERC AdG project, we have developed a groundbreaking technique that provides for the first time cryogenic thermal imaging down to mK temperatures, with four orders of magnitude improvement in thermal sensitivity over the state-of-the-art room-temperature methods. Based on superconducting quantum interference device on the apex of a sharp tip (SOT), it allows nanoscale imaging of the minute heating and energy loss arising from electron scattering off single atomic defects, that can provide the crucial metrology of the decoherence sources in quantum devices. Moreover, the SOT delivers simultaneous imaging of the electrical currents flowing in superconducting circuits, essential for inspection and optimization of superconducting qubits.

This PoC project is aimed at adaptation of the SOT lab technology to industrial metrology applications, including development of reproducible industrially-compatible device fabrication methods, boosting their environmental durability, enhancing the SOT functionalities, and development of sustainable characterization methods. We will develop IPR strategy, explore establishment of industrial partnerships, and promote integration of the SOT sensors into existing industrial workflows, to deliver a precise metrology solution to advance quantum computing development and enhance the competitiveness of the European industry.