Grace à de forts partenariats entre plusieurs instituts de recherche, Grenoble est pionnière dans le développement de futurs technologies à base de qubits de spin utilisant des procédés de fabrication identiques à ceux utilisés dans l’industrie de la microélectronique silicium. Le spin d’un qubit est souvent manipulé avec des signaux électriques alternatifs (AC) grâce à divers mécanismes de couplage spin-orbite (SOC) qui le couplent à des champs électriques. Cela le rend également sensible aux fluctuations de l'environnement électrique du qubit, ce qui peut entraîner une grande variabilité de qubit à qubit et du bruit de charge. Le bruit de charge dans les dispositifs à qubits de spin provient potentiellement d'événements de chargement/déchargement au sein des matériaux amorphes et défectueux (SiO2, Si3N4…) et des interfaces des dispositifs. L'objectif de ce postdoc est d'améliorer la compréhension du bruit de charge dans les dispositifs à qubits de spin grâce à des simulations à différentes échelles. Ce travail de recherche se fera à l’aide de méthode de type ab initio et également grâce à l’utilisation du code TB_Sim, développé au sein de l’institut CEA-IRIG. Ce dernier est capable de décrire des structures de qubits très réalistes en utilisant des modèles de liaison forte atomique et multi-bandes k.p.

Le CEA développe une plateforme originale de qubits de spin basée sur la technologie "silicon-on-insulator" (SOI) et se tourne désormais vers de nouvelles voies en Si/SiGe (électrons) et Ge/SiGe (trous). Cette activité est menée par un consortium regroupant trois des principaux laboratoires de Grenoble : le CEA-IRIG, le CEA-LETI et le CNRS-Néel. Sur cette plateforme SOI, Grenoble a, par exemple, démontré la manipulation électrique d'un spin unique d'électron, ainsi que le premier qubit de spin de trou, et a récemment obtenu des durées de vie et un couplage spin-photon record pour des spins de trou. Dans ce contexte, il est essentiel de soutenir le développement de ces technologies quantiques avancées avec une théorie et une modélisation de pointe. Le CEA-IRIG développe activement le code TB_Sim. TB_Sim est capable de décrire des structures de qubits très réalistes jusqu'à l'échelle atomique si nécessaire, en utilisant des modèles de liaisons fortes atomistiques et des modèles k.p multi-bandes pour la structure électronique des matériaux. En utilisant TB_Sim, le CEA a récemment examiné divers aspects de la physique des qubits de spin, en étroite collaboration avec les groupes expérimentaux de Grenoble et avec les partenaires du CEA en Europe. Le premier objectif de ce travail de recherche est de renforcer notre compréhension des qubits de spin d'électron basés sur les hétérostructures Si/SiGe grâce à la modélisation analytique ainsi qu'à la simulation numérique avancée avec TB_Sim. Le second objectif est de comparer les performances de la plateforme Si/SiGe aux autres plateformes Ge/SiGe et Si MOS pour identifier ses points forts et ses faiblesses.