Chloé Bureau-Oxton obtient son doctorat

Afin de boucler ses études en physique à l’Université de Sherbrooke, incluant un stage à l’international et un doctorat au Nouveau-Mexique, Chloé Bureau-Oxton soutient sa thèse le 25 mars prochain de façon virtuelle à partir des Pays-Bas, en Europe. Se concentrant sur l’informatique quantique, Chloé s’est intéressée aux qubits singulet-triplet dans le silicium, posture comportant plusieurs avantages dans les systèmes quantiques.

Un intérêt marqué pour la physique

Ayant toujours eu un intérêt pour la science, Chloé hésitait entre la médecine et la physique lors de son inscription à l’université : « J’ai fait le programme de Sciences, lettres et arts au Cégep de Sherbrooke, puisque mes intérêts tournaient autour des mathématiques, de la physique et des arts plastiques. Lorsqu’est venu le moment de choisir un programme universitaire, j’ai préféré continuer en sciences pures, alors j’ai choisi la physique. L’Université de Sherbrooke était un choix évident, d’abord puisque c’était près de chez moi, mais surtout puisque l’UdeS est réputée en physique. »

Dès le début de son baccalauréat, entamé en automne 2007, Chloé a été exposée à l’informatique quantique, y développant ainsi un intérêt particulier : « Lors de mon baccalauréat, j’ai effectué un stage de quatre mois en Suède au Chalmers University of Technology où j’ai travaillé avec des qubits supraconducteurs de type transmon. J’avais participé à la fabrication d’échantillons dans leurs salles blanches. Puisque j’avais grandement apprécié mon stage, j’ai décidé de poursuivre mes recherches dans le domaine du quantique. »

C’est ainsi que Chloé a complété sa maîtrise dans le groupe du P^r Michel Pioro-Ladrière, pendant laquelle elle a travaillé avec des qubits de spins dans l’arséniure de gallium, tout en fabriquant et en mesurant les dispositifs quantiques. Le parcours universitaire de la jeune physicienne s’est ensuite poursuivi au doctorat, alors que Chloé a orienté sa recherche vers une autre sorte de qubit : les qubits dans le silicium.

Son sujet de recherche

En 2013, Chloé débutait son doctorat en physique expérimentale à Sandia National Laboratories dans la ville d’Albuquerque, au Nouveau-Mexique, toujours dans le groupe du P^r Pioro-Ladrière, mais ayant également le D^r Dwight Luhman comme co-directeur de recherche, tout en travaillant avec le D^r Malcom Carol. « J’ai trouvé mon expérience particulièrement plaisante puisque ce n’était pas un laboratoire universitaire, mais national. J’étais entourée de professionnels, de doctorants et de chercheurs. Sandia possède sa propre fonderie de silicium et des machines ultras spécialisées, alors l’obtention d’échantillons était rapide et efficace », partage la doctorante.

Son sujet de recherche concerne les qubits singulet-triplet dans le silicium, dans le domaine de l’informatique quantique : « Dans le cadre de mes expériences, j’ai fait des mesures sur les systèmes composés d’une boîte quantique et d’un atome de phosphore, et sur des systèmes composés de deux boîtes quantiques. Avec les doubles boîtes quantiques, j’ai fait des expériences sur des qubits singulet-triplet (deux électrons dans la double boîte) entraînés par le spin-orbite. Généralement, les qubits de spin dans les semiconducteurs nécessitent des microaimants ou des résonateurs pour générer la différence de champ magnétique qui permet de contrôler le qubit. Utiliser le spin-orbite est avantageux puisque les opérations quantiques sur le qubit peuvent être effectuées sans ces composantes, ce qui simplifie le processus de fabrication des dispositifs. J’ai étudié deux manières distinctes d’effectuer des portes quantiques universelles avec ces qubits, soit une méthode pulsée et une méthode résonnante. Enfin, j’ai utilisé le “gate set tomography” afin de mesurer la fidélité de ces portes quantiques et pour déterminer quelle est la meilleure méthode d’opérer ce type de qubit. »

L’idée d’utiliser les qubits dans le silicium est qu’ils sont intégrables dans d’autres systèmes quantiques, comme les cavités résonnantes supraconductrices. Un autre avantage du silicium est qu’il a un isotope sans spin nucléaire, ce qui évite de perturber le bit quantique. La fidélité des bits est donc meilleure comparativement au gallium et à l’arsenic, qui ont tous les deux un spin nucléaire.

Le P^r Michel Pioro-Ladrière témoigne de son succès : « À travers son doctorat, Chloé est devenue une experte des qubits de spin dans le silicium. Expérimentatrice chevronnée, elle a poussé les frontières de la connaissance en testant au laboratoire la méthode d’investigation de la performance des qubits la plus sophistiquée qu’il soit. »

« Chloé a profité de chaque occasion pour travailler directement avec des experts de premier plan dans le domaine de l’informatique quantique sur silicium pendant son séjour au Sandia National Laboratories. Son style de communication clair, combiné à son approche systématique et infatigable des expériences, a favorisé des collaborations fructueuses qui ont conduit à des résultats nouveaux et intéressants sur un large éventail de sujets », ajoute le D^r Dwight Luhman.

Pendant son doctorat, le nom de Chloé est apparu dans deux articles, dont un sur les amplificateurs cryogéniques, et l’autre sur l’effet spin-orbite dans les qubits en silicium.

La suite

Pour le moment, Chloé concentre ses efforts sur l’achèvement de sa thèse et sa soutenance qui aura lieu le 25 mars prochain. « En ce qui concerne la suite, je n’ai pas de plan fixe, mais j’aimerais me trouver un emploi de recherche en industrie », conclut-elle.

L’IQ souhaite à Chloé une bonne soutenance de thèse, et bonne chance pour la suite !