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Superconducting germanium-based hybrid bolometers for microwave photon detection

Description du projet

Des détecteurs thermiques ultrasensibles redéfinissent la détection des signaux quantiques

Des outils capables de détecter les signaux les plus faibles, tels que les photons micro-ondes uniques sont indispensables pour comprendre et contrôler les systèmes quantiques. Ces photons qui transportent une énergie extrêmement faible sont importants pour les technologies quantiques, mais difficiles à détecter avec les méthodes actuelles. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet SUGER-BOL se propose de concevoir des nano-bolomètres utilisant des hétérostructures de silicium-germanium. Ces détecteurs thermiques avancés fonctionnent à des températures ultra-basses et peuvent détecter des changements d’énergie minimes avec une précision exceptionnelle. En intégrant ces bolomètres à des qubits en germanium, la recherche entend pousser la sensibilité de détection bien au-delà des limites actuelles. Ces efforts pourraient révolutionner la façon dont les qubits sont lus et ouvrir la voie à de nouvelles expériences sur la thermodynamique quantique et les architectures électrodynamiques quantiques des circuits.

Objectif

Detecting microwave radiation, down to the single photon level, is a central challenge in modern quantum technologies. In recent years, a promising route has been envisioned, largely inspired by an ubiquitous technique in high-energy photon detection: bolometry. Its principle relies on energy dissipation of incident photons in a thermal detector, the temperature of which is monitored. This calorimetric technique allows for single photon detection in the infrared band or above, but its application to the microwave domain is challenging, since individual photons carry orders of magnitude less energy. However, superconducting nanoscale thermal detectors at millikelvin temperatures have recently shown their great potential for sensing extremely low radiation signals, as well as small instantaneous energy releases. Although still challenging at present, considering the calorimetric detection of single microwave photons emitted by a qubit is within reach. A very recent work demonstrated the single-shot read out of a qubit state, by measuring in situ the magnitude of the readout microwave signal, using a superconducting bolometer.
In this project, the researcher will develop and measure nano-bolometers based on silicon-germanium heterostructures, and infer limiting factors in their sensitivity. These bolometers will be co-integrated with germanium qubits to benchmark their performances as compared to standard dispersive detection schemes.
The researcher will also push these detectors' sensitivity beyond the state of the art, with the final goal to detect single microwave photons. This will allow for wide-ranging and groundbreaking applications, including alternative qubit readout schemes but also quantum thermodynamics experiments in circuit-QED architectures.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinateur

INSTITUT POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE
Contribution nette de l'UE
€ 226 420,56
Adresse
AVENUE FELIX VIALLET 46
38031 GRENOBLE CEDEX 1
France
Région
Ile-de-France Ile-de-France Paris
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée

Partenaires (1)