{"id":20170,"date":"2022-11-09T16:06:57","date_gmt":"2022-11-09T15:06:57","guid":{"rendered":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/?p=20170"},"modified":"2022-11-09T16:11:23","modified_gmt":"2022-11-09T15:11:23","slug":"decode-quantum-avec-denis-vion-du-cea","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2022\/decode-quantum-avec-denis-vion-du-cea\/","title":{"rendered":"Decode Quantum avec Denis Vion du CEA"},"content":{"rendered":"<p>Dans le <a href=\"https:\/\/www.frenchweb.fr\/decode-quantum-a-la-rencontre-de-denis-vion-chercheur-en-electronique-quantique\/436768\">52e \u00e9pisode<\/a> de Decode Quantum coproduits avec Frenchweb, Fanny Bouton et moi-m\u00eame recevions <strong>Denis Vion<\/strong> qui fait partie de l\u2019\u00e9quipe du groupe Quantronique au CEA \u00e0 Saclay, pr\u00e9cis\u00e9ment \u00e0 l\u2019Orme des Merisiers.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2022\/decode-quantum-avec-denis-vion-du-cea\/denis-vion-nov-2022\/\" rel=\"attachment wp-att-20177\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone wp-image-20177\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Denis-Vion-Nov-2022-916x1024.jpg\" alt=\"\" width=\"270\" height=\"302\" srcset=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Denis-Vion-Nov-2022-916x1024.jpg 916w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Denis-Vion-Nov-2022-268x300.jpg 268w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Denis-Vion-Nov-2022-768x859.jpg 768w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Denis-Vion-Nov-2022-1373x1536.jpg 1373w, https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Denis-Vion-Nov-2022-1831x2048.jpg 1831w\" sizes=\"auto, (max-width: 270px) 100vw, 270px\" \/><\/a><\/p>\n<p>Denis Vion est chercheur en \u00e9lectronique quantique. Il a obtenu son doctorat en 1992 \u00e0 l&#8217;universit\u00e9 de Lyon pour son travail au CERN sur la r\u00e9sistivit\u00e9 r\u00e9siduelle des cavit\u00e9s supraconductrices acc\u00e9l\u00e9ratrices de particules. Il a \u00e9t\u00e9 ensuite post-doctorant dans le groupe Quantronique o\u00f9 il travaillait sur les bo\u00eetes et transistors \u00e0 une paire de Cooper. Apr\u00e8s un temps pass\u00e9 comme professeur de Physique Chimie dans le secondaire puis \u00e0 diriger le groupe &#8220;fiabilit\u00e9 &#8221; de Pixtech, une soci\u00e9t\u00e9 qui d\u00e9veloppait des \u00e9crans plats, il est revenu en 2000 au CEA comme chercheur \u00e0 temps plein dans le groupe Quantronique pour participer au d\u00e9veloppement des premiers qubits supraconducteurs. Il contribue \u00e0 battre un record de temps de coh\u00e9rence de 1\u00b5s (\u00e0 l&#8217;\u00e9poque o\u00f9 on raisonnait plut\u00f4t en nanosecondes) et permettant une lecture de l\u2019\u00e9tat du qubit en une seule \u00e9tape. L\u2019\u00e9quipe a observ\u00e9 la premi\u00e8re violation d&#8217;une &#8220;in\u00e9galit\u00e9 de Bell en temps&#8221; qu\u2019il nous explique. Elle d\u00e9montre aussi en 2012 un processeur quantique mettant en \u0153uvre l\u2019algorithme de Grover avec deux qubits. Denis est aussi un sp\u00e9cialiste de la fabrication de ces qubits supraconducteurs dont il nous parle beaucoup dans cet \u00e9pisode.<\/p>\n<p><iframe loading=\"lazy\" src=\"https:\/\/widget.spreaker.com\/player?episode_id=51786482&amp;theme=light&amp;playlist=false\" width=\"100%\" height=\"200px\" frameborder=\"0\"><\/iframe><\/p>\n<p><b>Points cl\u00e9s du podcast et liens<\/b><\/p>\n<ul>\n<li>La question habituelle de la <strong>marmite quantique<\/strong>\u00a0et de sa d\u00e9couverte du domaine, avec plusieurs entr\u00e9es : les sciences en physique du solide, une s\u00e9rie d\u2019expos\u00e9s \u00e0 l\u2019INSA durant lesquels il d\u00e9couvre les in\u00e9galit\u00e9s de Bell en 1987, et une rencontre d\u00e9cisive avec les chercheurs du groupe Quantronique en 1992.<\/li>\n<li>Il r\u00e9alise sa <strong>th\u00e8se<\/strong> au CERN, en rapport avec le LEP, grand collisionneur\u00a0\u00a0 d\u2019electrons-positrons d&#8217;avant le LHC,\u00a0\u00ab <a href=\"https:\/\/www.theses.fr\/1993ISAL0065\"><em>Caract\u00e9risation physico-chimique de couches minces de niobium d\u00e9pos\u00e9es par pulv\u00e9risation magn\u00e9tron sur la surface interne de cavit\u00e9s \u00e9lectromagn\u00e9tiques acc\u00e9l\u00e9ratrices<\/em><\/a> \u00bb, th\u00e8se soutenue \u00e0 l&#8217;INSA Lyon en 1993.\u00a0Ayant visit\u00e9 un ami de terminale qui faisait son stage de M2 dans le groupe Quantronique de Daniel Esteve et Michel Devoret au CEA, il choisit de devenir chercheur en circuits quantiques supraconducteurs, plut\u00f4t que d\u2019\u00e9xercer tout de suite son m\u00e9tier de professeur de physique-chimie.<\/li>\n<li>L\u2019histoire de sa th\u00e8se est celle d&#8217;une <strong>enqu\u00eate polici\u00e8re<\/strong> pour trouver un coupable. Consommant beaucoup d&#8217;\u00e9lectricit\u00e9, l&#8217;acc\u00e9l\u00e9rateur de particules sur lequel il travaillait ne fonctionne que l\u2019\u00e9t\u00e9 car il consomme \u00e9norm\u00e9ment d&#8217;\u00e9nergie (il parle de plusieurs tranches de centrales nucl\u00e9aires). Cela vient de l&#8217;effet Joule dans les cavit\u00e9 acc\u00e9l\u00e9ratrices supraconductrices de l&#8217;acc\u00e9l\u00e9rateur, induit part des d\u00e9fauts \u00a0mat\u00e9riaux supraconducteurs utilis\u00e9\u00a0: le niobium. Les suspects \u00e9taient divers: oxyg\u00e8ne, lacunes, dislocations et joints de grains. Le coupable \u00e9tait les joints de grains, d\u00e9masqu\u00e9s par hasard en divisant par 3 la r\u00e9sistivit\u00e9 du niobium lors d\u2019une \u00e9pitaxie de couches de niobium sur cuivre.<\/li>\n<li>Lors de son post-doc dans le groupe Quantronique, il a travaill\u00e9 avec Vincent Bouchiat du CEA sur les boites de Cooper. La communaut\u00e9 leur est tomb\u00e9e dessus pour qu\u2019ils d\u00e9veloppent des bits quantiques. Daniel Esteve a fait un premier type de qubit qui n\u2019a pas march\u00e9. A l&#8217;\u00e9poque de son post-doc au CEA, son embauche comme chercheur n\u2019a pas pu avoir lieu car les embauches \u00e9taient gel\u00e9es.<\/li>\n<li>Il s\u2019est retrouv\u00e9 <strong>enseignant en Physique-chimie <\/strong>pendant 2 ans dans deux lyc\u00e9es de Meaux. Avec 42% de r\u00e9ussites au Bac et 10 redoublants par classes de 35, il s\u2019est rendu compte de ce qui dysfonctionnait dans les zones d\u00e9favoris\u00e9es, les fameuses ZEP.<\/li>\n<li>Il a ensuite \u00e9t\u00e9 <strong>consultant<\/strong> pour une soci\u00e9t\u00e9 fabricant des \u00e9crans plats\u00a0: Pixtech utilisait une technologie issue du CEA-Leti, une sorte de technologie d\u2019\u00e9crans cathodiques miniatures avec 2000 canons \u00e0 \u00e9lectrons par pixel, \u00e9clairant ensuite des luminophores. Ces \u00e9crans \u00e9taient tr\u00e8s lumineux et auraient concurrenc\u00e9 les \u00e9crans de visualisation des\u00a0dispositifs mobiles si leur dur\u00e9e de vie n\u2019avait pas \u00e9t\u00e9 si courte. Denis a en fait trouv\u00e9 une explication sur ce qui ne marchait pas dans la technologie, qui a \u00e9t\u00e9 rapidement abandonn\u00e9e \u00e0 l&#8217;\u00e9chelle mondiale.<\/li>\n<li>De retour dans l&#8217;<strong>\u00e9quipe Quantronique<\/strong>, cette fois-ci comme chercheur permanent, Denis travaille donc sur les premiers qubits supraconducteurs avec Daniel Esteve et Michel Devoret. L&#8217;int\u00e9r\u00eat pour lui \u00e9tait de mener des recherche allant de A \u00e0 Z, couvrant la conception, la fabrication et les exp\u00e9riences. Il raconte comment le domaine avait d\u00e9marr\u00e9 avec l&#8217;exp\u00e9rience du Japonais <strong>Yasunobu Nakamura<\/strong> en 1998-1999, avec l\u2019id\u00e9e de reprendre la boite de paire de Cooper et de la doter d\u2019une m\u00e9thode de lecture en faisant sortir des \u00e9lectrons un par un de la boite de Cooper. Nakamura exploitait l&#8217;\u00e9lectronique ultrarapide provenant de NEC. Cela a bien secou\u00e9 la communaut\u00e9.\u00a0Il cite <strong>Audrey Cottet<\/strong> qui \u00e9tait th\u00e9sarde de l\u2019\u00e9poque au CEA. Ils ont travaill\u00e9 sur un nouveau design de qubit qui fonctionnait mieux que pr\u00e9vu avec des points de protection contre la d\u00e9coh\u00e9rence. Le papier \u00e9tait publi\u00e9 en 2002 sur le &#8220;Quantronium&#8221;. Daniel Esteve profitait de son exp\u00e9rience dans la RMN car il avait r\u00e9alis\u00e9 sa th\u00e8se de doctorat avec le sp\u00e9cialiste du domaine, Anatole Abragam, au CEA. Il connaissait bien les techniques d\u2019op\u00e9ration des qubits.<\/li>\n<li>Petit d\u00e9tour au passage sur l&#8217;<strong>organisation du CEA<\/strong> avec la DRF (recherche fondamentale) et la DRT (recherche appliqu\u00e9e et industrialisation, o\u00f9 se trouvent le Leti, le LIST et le Liten). Dans la DRF se trouve IRAMIS qui est sp\u00e9cialis\u00e9 dans la physique de la mati\u00e8re (780 personnes), qui comprend le SPEC (physique de l&#8217;\u00e9tat condens\u00e9, environ 180 personnes) dans lequel se trouve le groupe Quantronique avec une vingtaine de personnes et est actuellement dirig\u00e9 par Hugues Pothier qui a pris le relai de Daniel Esteve. La DRF comprend aussi l&#8217;IRIG \u00e0 Grenoble ainsi que l&#8217;IPHT (conjoint avec le CNRS) o\u00f9 se trouve Nicolas Sangouard qui traite notamment des communications quantiques.<\/li>\n<li>Denis \u00e9voque les <strong>in\u00e9galit\u00e9s de Bell \u00ab en temps \u00bb <\/strong>plut\u00f4t appel\u00e9es in\u00e9galit\u00e9s de Leggett-Gard qui servent \u00e0 d\u00e9crire la dynamique d\u2019un syst\u00e8me quantique \u00e0 trois instants diff\u00e9rents. Elles ne doivent pas \u00eatre confondues avec les vraies in\u00e9galit\u00e9s de Bell. Denis nous relate l&#8217;impact psychologique de l\u2019exp\u00e9rience d&#8217;Alain Aspect de 1982 chez les physiciens. Elle a motiv\u00e9 plusieurs g\u00e9n\u00e9rations de chercheurs \u00e0 s&#8217;int\u00e9resser \u00e0 la physique quantique.<\/li>\n<li>Denis nous d\u00e9crit le <strong>processus de fabrication des qubits supraconducteurs<\/strong>, qui ressemble de pr\u00e8s \u00e0 celui des circuits \u00e9lectroniques classiques. On utilise des wafers de petite taille en silicium \u00e0 haute puret\u00e9 ou \u00e9ventuellement du saphire.\u00a0Puis un d\u00e9p\u00f4t de mat\u00e9riaux et gravure avec de la lithographie qui joue le r\u00f4le de pochoir, avec des r\u00e9sines plastiques photosensibles. Des trous sont r\u00e9alis\u00e9s avec de la lumi\u00e8re UV ou des faisceaux d\u2019\u00e9lectrons. Cela permet de d\u00e9poser des mat\u00e9riaux supraconducteurs comme de l&#8217;aluminium, du niobium, du tantale ou du nitrure de niobium-titane qui sont supraconducteurs entre 1K et 16K. Une m\u00e9thode alternative consiste \u00e0 d\u00e9poser de la mati\u00e8re partout puis \u00e0 l&#8217;enlever de mani\u00e8re s\u00e9lective ensuite par attaque chimique \u00a0ou attaque plasma \u00e0 travers le masque de lithographie.<\/li>\n<li>Les <strong>composants<\/strong> grav\u00e9s sont des inductances et des capacit\u00e9s et surtout des jonctions Jopsephson qui sont des inductances non lin\u00e9aires. Ces jonctions sont construites sous la forme d&#8217;un sandwich avec deux couches d&#8217;aluminium s\u00e9par\u00e9es par une mince couche d&#8217;oxyde d&#8217;aluminium. Il existe des astuces pour faire tout en une seule \u00e9tape qui exploite de l&#8217;\u00e9vaporation de mat\u00e9riaux sous diff\u00e9rents angles, exploitant deux r\u00e9sines photosensibles diff\u00e9rentes. C&#8217;est l\u00e0 que des machines Plassys sont utilis\u00e9es pour le d\u00e9p\u00f4t de mat\u00e9riaux. La soci\u00e9t\u00e9 francilienne est leader mondial pour le d\u00e9p\u00f4t par \u00e9vaporation des qubits supraconducteurs. Elle r\u00e9alise aussi\u00a0des pulv\u00e9risateurs et des outils pour la gravure ainsi que des machines pour la production de diamants de synth\u00e8se, surtout pour la\u00a0tribologie et l&#8217;\u00e9lectronique de puissance.<\/li>\n<li>Nous faisons le point sur les <strong>mat\u00e9riaux utilis\u00e9s<\/strong>. Le niobium est utilis\u00e9 pour les grandes structures. Il est facile \u00e0 graver. Mais il se r\u00e9oxyde facilement. Le niobium, le nitrure de niobium-titane et le tantale sont utilis\u00e9s dans les r\u00e9sonateurs, et le tantale pour les \u00e9lectrodes (capacit\u00e9s) des transmons.\u00a0Les jonctions Josephson sont par contre toujours r\u00e9alis\u00e9es en aluminium, du fait se sa grande stabilit\u00e9 et de l&#8217;indestructibilit\u00e9 de l\u2019oxyde d\u2019aluminium.<\/li>\n<li>D&#8217;autres ont essay\u00e9 de produire des jonctions Josephson \u00e9pitax\u00e9es, y compris John\u00a0Martinis et IMEC, mais sans avantage \u00e0 ce jour.<\/li>\n<li>Nous \u00e9voquons les questions de <strong>connectivit\u00e9 3D<\/strong> des circuits supraconducteurs. On peut cr\u00e9er ces connectiques en dessous des circuits et\/ou en utilisant des &#8220;vias&#8221;, qui font traverser le courant verticalement dans les chipsets. Par contre, on ne met rien au-dessus des couches de qubits. Mais il n&#8217;y a toujours pas de proc\u00e9d\u00e9 arr\u00eat\u00e9 de fabrication des qubits supraconducteurs. C&#8217;est un domaine en perp\u00e9tuelle \u00e9volution.<\/li>\n<li>Denis nous d\u00e9crit la <strong>nouvelle salle blanche<\/strong> qui va \u00eatre cr\u00e9\u00e9e \u00e0 Saclay dans le cadre du PEPR du plan quantique national et ce \u00e0 quoi elle servira. Notamment pour produire les chipsets d&#8217;Alice&amp;Bob ainsi que les qubits hybrides de spin r\u00e9alis\u00e9s avec Patrice Bertet et l&#8217;ENS Lyon (Benjamin Huard) et Grenoble (Nicolas Roch). En parall\u00e8le, la salle blanche de l&#8217;Institut N\u00e9el de Grenoble (qui fabrique les amplificateurs TWPA de Silent Waves, cr\u00e9\u00e9 par Luca Planat et Nicolas Roch) sera modernis\u00e9e.\u00a0C12 est aussi concern\u00e9e. Ils sont \u00e0 cheval entre Grenoble avec le CEA-Leti et Saclay sur les technologies supraconductrices &#8220;classiques&#8221; de leurs circuits. La nouvelle plateforme ouverte de Saclay fera un total de\u00a01200 m2 avec 5 labos, des bureaux, 400 m2 de salle blanche principale et 100 m2 de salle pour le packaging des circuits. Le projet s&#8217;\u00e9tale sur 3,5 ans dont 1 an est d\u00e9j\u00e0 pass\u00e9. Ce qui est long: r\u00e9aliser les cahiers des charges et construire le b\u00e2timent.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Dans le prochain \u00e9pisode, nous recevront <strong>Harold Ollivier<\/strong> d&#8217;Inria qui y coordonne les travaux de recherche dans le domaine du quantique.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Dans le 52e \u00e9pisode de Decode Quantum coproduits avec Frenchweb, Fanny Bouton et moi-m\u00eame recevions Denis Vion qui fait partie de l\u2019\u00e9quipe du groupe Quantronique au CEA \u00e0 Saclay, pr\u00e9cis\u00e9ment \u00e0 l\u2019Orme des Merisiers. Denis Vion est chercheur en \u00e9lectronique quantique. 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