La résonance magnétique est un outil non invasif central dans de nombreux domaines, allant de la médecine (IRM) à la chimie analytique,en passant par le calcul quantique, où elle permet de contrôler et de lire des qubits à base de spins. Cette méthode souff re toutefoisd’une faible sensibilité, nécessitant l’observation d’un grand nombre de spins pour extraire un signal détectable. Les progrès récents destechnologies quantiques supraconductrices ont permis de surmonter cette limitation en améliorant la sensibilité de plus de dix ordres degrandeur, notamment grâce à la combinaison de l’eff et Purcell et de nouveaux capteurs : les compteurs de photons micro-ondes.
Ce projet s’inscrit dans cette dynamique en développant une plateforme supraconductrice innovante pour la lecture rapide et effi cace despins électroniques uniques, fondée sur un renforcement du couplage spin-résonateur par hyper-focalisation du champ magnétique.
Grâce à une géométrie originale de type condensateur à plaques parallèles, dotée d’un nanofi l central, le champ magnétique du modemicro-onde peut être concentré dans une région de quelques centaines de nanomètres. Cela permet d’augmenter localementl’interaction entre le champ et les spins électroniques situés juste en dessous. L’objectif central du projet est d’améliorer le facteur dePurcell de deux ordres de grandeur, en le faisant passer de 10¹³ à 10¹5, afi n de réduire drastiquement le temps de détection des spins etpotentiellement d’atteindre un régime de couplage fort au niveau du spin unique.

Le projet ciblera dans un premier temps les ions Er³? implantés dans des cristaux tels que CaWO4, Y2SiO5 ou directement dans lesilicium, dans la perspective d’une intégration future à des architectures de calcul quantique hybride combinant circuitssupraconducteurs et mémoires quantiques à spins. Dans un second temps, la plateforme sera étendue à des systèmes de spinsparamagnétiques réels, tels que des radicaux organiques ou des centres métalliques de protéines, ouvrant ainsi des perspectivesinédites en spectroscopie quantique de composés complexes, bien au-delà des systèmes modèles traditionnellement étudiés.

S’appuyant sur l’expertise du groupe Quantronique du CEA Saclay en circuits supraconducteurs, nanofabrication, cryogénie et détectionde photons micro-ondes uniques, le projet off rira au doctorant une formation complète, à l’interface de la physique expérimentale, desnanosciences et de l’information quantique, au sein d’un environnement de recherche de tout premier plan.