Electrodynamique de l'aluminium granulaire pour le développement de super-inductances

Les circuits supraconducteurs font partie d'un groupe croissant de plates-formes matérielles qui ont démontré avec succès le traitement quantique de l'information, de la correction quantique des erreurs à l'amplification limitée quantiquement. Le développement de circuits quantiques pour le traitement de l'information nécessite la mise en œuvre de résonateurs micro-ondes à très faibles pertes et de petites dimensions. Une ressource importante pour la miniaturisation des résonateurs est l'inductance cinétique des supraconducteurs, Lk , qui peut dépasser l'inductance magnétique (« géométrique ») Lg de plusieurs ordres de grandeur dans les films supraconducteurs étroits et minces. En raison de sa densité de courant critique élevée par rapport aux jonctions Josephson à base d'aluminium, de sa résistance aux champs magnétiques externes et de sa faible dissipation, de sa cohérence élevée dans le domaine des micro-ondes et de sa non-linéarité intrinsèque, l'aluminium granulaire ou GrAl, constitué de nano-grains d'aluminium dans une matrice d'AlOₓ, est un choix intéressant pour les systèmes hybrides supraconducteurs fonctionnant aux radiofréquences. Dans cette thèse, nous explorons la possibilité d'utiliser le GrAl pour obtenir une inductance cinétique élevée avec les plus faibles pertes micro-ondes possibles. Bien que le GrAl ait été utilisé avec succès dans des bits quantiques tel le fluxonium, la réalisation de processeurs quantiques supraconducteurs nécessite une amélioration de leur cohérence de plusieurs ordres de grandeur. Cette tâche est compliquée par le fait que plusieurs types d'imperfections, à la fois microscopiques et macroscopiques, sont présents simultanément, en fonction de la conception du système, de la technologie de microfabrication et des matériaux. Nous montrons que la grande sensibilité des propriétés des couches minces de GrAl à la teneur en oxygène pendant le dépôt entraîne d'importants problèmes de reproductibilité et d'homogénéité, et nous apportons plusieurs solutions pour contourner ces difficultés inhérentes. Dans un second temps, nous caractérisons les propriétés supraconductrices de résonateurs en couches minces de GrAl (30nm) et étudions le meilleur compromis entre une inductance cinétique élevée et un matériau sans perte. En particulier, nous présentons des échantillons de résonateurs avec des inductances cinétiques allant jusqu'à 4,5 nH par carré avec des facteurs de qualité interne à faible nombre de photons de l'ordre de 10⁵. Nous étudions également les sources de bruit micro-ondes dans GrAl par le biais d'analyses spectrales du bruit.