Les résonateurs supraconducteurs sont utilisés dans des domaines d'application très variés; des Qubits ou détecteurs à photon unique aux cavités radio fréquence utilisés dans les accélérateurs de particule. Les bits quantiques supraconducteurs (Qubits) attirent une attention croissante et des investissements publics importants au cours de ces dernières années. L'un des principaux défis est de conserver la cohérence / l'information quantique suffisamment longtemps pour pouvoir effectuer des calculs. De nos jours, les Qubits peuvent atteindre un temps de cohérence d'environ 100 µs et les cavités supraconductrices ~100 ms ; les recherches actuelles visent à augmenter ces temps d'au moins un ordre de grandeur. Bien que ces deux dispositifs supraconducteurs (Qubits et cavités) soient très différents (température de fonctionnement, géométries etc…), des expériences récentes indiquent que certains mécanismes microscopiques qui limitent leurs performances sont similaires. Des impuretés (systèmes à deux niveaux, impuretés magnétiques etc…) présentent au sein des diélectriques ou à l'interface entre le diélectrique et le film supraconducteur ont été identifiées comme des candidats potentiels à la perte de cohérence. De plus, les propriétés supraconductrices des films, et en particulier leurs variations spatiales, sont également des paramètres importants qui limitent les performances des Qubits et des cavités, et doivent donc être systématiquement caractérisés.

C e projet de thèse, effectué en collaboration entre l'IIT au USA, le SPEC et le CERN, a pour but d’étudier par spectroscopie tunnel (ST) et photoémission par rayon X (XPS) ces paramètres supraconducteurs de surface ainsi que les signatures spectrales caractéristiques des impuretés sur des nouveaux matériaux utilisés pour les cavités supraconductrices et les bits Quantiques. Il s’agit d’apporter une compréhension fine de ces phénomènes, d’établir des corrélations entre les mesures effectuées sur échantillons et les performances des dispositifs supraconducteurs et enfin de pouvoir proposer des solutions technologiques pour améliorer leurs performances.