Les spins dans les semi-conducteurs sont d’excellents candidats pour l’implémentation
d’un ordinateur quantique universel puisqu’ils sont compacts, peuvent être
opérés à des températures relativement élevées, ont le potentiel d’atteindre des
temps de cohérence très longs, et peuvent être combinés avec d’autres technologies
quantiques pour former des systèmes hybrides. En particulier, les dispositifs
fabriqués en silicium isotopiquement enrichi offrent des fidélités accrues et ont un
processus de fabrication compatible avec les techniques utilisées dans les fonderies
CMOS. Cette thèse étudie un qubit singulet-triplet confiné dans une boîte quantique
double en silicium isotopiquement enrichi. Dans la première partie, cette thèse
montre comment caractériser et ajuster la double boîte pour atteindre le régime de
contrôle désiré. Une méthode numérique est développée pour trianguler la position
des boîtes quantiques et des donneurs implantés dans le substrat. Un nouveau
modèle permettant de prédire les taux tunnel en fonction des voltages de grille est
également proposé, puis vérifié expérimentalement. Dans la deuxième partie, cette
thèse montre comment implémenter le contrôle résolu en temps d’un qubit singulettriplet
entraîné par l’interaction spin-orbite. Deux méthodes différentes permettant
d’implémenter des rotations arbitraire sur un qubit sont démontrées : la méthode
pulsée (DC) et la méthode résonante (AC). Il est montré que le régime où le qubit est
fortement entraîné peut être atteint à l’aide de ces portes résonantes. Finalement, la
tomographie d’ensemble de portes (gate set tomography) est utilisée pour comparer
ces deux types de portes logiques. Les résultats semblent indiquer que les portes
résonantes sont de plus haute fidélité que les portes pulsées, et cela malgré le fait
qu’elles soient plus lentes et qu’elles aient un facteur de qualité plus petit que ces
dernières. Ces travaux sont les premiers à utiliser cette méthode tomographique
pour caractériser des rotations autour de deux axes non-orthogonaux.Abstract : Spins in semiconductors are attractive candidates for a universal quantum computer
because they are compact, can be operated at relatively high temperature,
have potentially long coherence times, and can be combined with other quantum
technologies to form hybrid systems. Devices made using isotopically-enriched silicon
offer the additional advantages of increased coherence time due to the relative
absence of nuclear spins, and compatibility with existing CMOS foundry fabrication
techniques. This work studies a singlet-triplet qubit formed in an enriched
silicon metal-oxide-semiconductor double quantum dot device. The first part of
this thesis presents techniques that are useful for characterizing the double-dot
device and tuning it to the few electron regime. A capacitance-based numerical
method is developed to triangulate the position of quantum dots and implanted
donor atoms. Additionally, a new model that predicts dot-lead tunnel rates for varying
gate voltages is proposed and its validity is demonstrated over a wide range of
values. The second part of this thesis shows how to perform time domain control
on a spin-orbit-driven singlet-triplet qubit. Two different methods for performing
arbitrary single-qubit rotations are demonstrated: fast DC-controlled pulses, and
slower resonantly-driven AC pulses. Evidence of the resonantly-driven pulses being
pushed to the strongly-driven regime is shown. The final part of this thesis uses
gate set tomography to compare the fidelity of these two types of single-qubit operations.
Preliminary results seem to indicate that the resonantly-driven rotations have
a higher fidelity than the DC-controlled operations despite the fact that the former
are slower and have a smaller quality factor than the latter. This work constitutes
the first time that gate set tomography is used to characterize a non-orthogonal set
of gates
