Topic description
Cette thèse s'inscrit dans le contexte des technologies quantiques, qui imposent des contraintes inédites en matière d'instrumentation électronique. Les opérations sur les qubits doivent être réalisées durant leur temps de cohérence, de l'ordre de quelques microsecondes, ce qui nécessite une chaîne de génération et d'acquisition de signaux à très faible latence. De plus, les qubits doivent être maintenus à des températures cryogéniques (4 K à mK), ce qui impose des contraintes strictes de consommation énergétique (quelques mW maximum) et de dissipation thermique, rendant l'utilisation des circuits conventionnels (FPGAs, DACs/ADCs) inadaptée.
Les architectures actuelles, notamment les générateurs arbitraires de formes d'onde (AWG), souffrent de limitations : consommation excessive, encombrement, manque de flexibilité et incompatibilité thermique. Afin de répondre à ces défis, le projet propose le développement d'un nouveau convertisseur numérique-analogique (RF-DAC) basé sur l'architecture innovante de la Riemann Pump, conçue initialement par l'équipe CAS de l'Université de Bordeaux pour les télécommunications (5G). Ce convertisseur, caractérisé par une consommation ultrafaible (~ μW), une bande passante de 0 à 5 GHz et un échantillonnage à 25 GHz, sera adapté et optimisé pour fonctionner à basse température dans des environnements quantiques.
L'objectif principal est de concevoir, modéliser, fabriquer et valider un convertisseur RF-DAC large bande en technologie CMOS FDSOI 28 nm de STMicroelectronics, capable de générer des signaux complexes (amplitude, phase et fréquence modulées) pour le contrôle multi-qubits.
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This PhD thesis is rooted in the context of quantum technologies, which impose unprecedented challenges on instrumentation electronics. Quantum operations must be performed within the qubits' coherence time, typically a few microseconds, requiring signal generation and acquisition chains with extremely low latency. In addition, qubits must be maintained at cryogenic temperatures (4 K to mK), which strongly restricts energy consumption (a few mW at most) and thermal dissipation, making conventional circuits (FPGAs, DACs/ADCs) unsuitable for direct integration inside cryostats.
Current instruments, such as arbitrary waveform generators (AWGs), face major drawbacks: excessive power consumption, large size, lack of flexibility, and thermal incompatibility. To overcome these limitations, the project aims to develop a new generation of ultra-low-power RF digital-to-analog converters (RF-DACs) based on the Riemann Pump architecture, originally designed at the University of Bordeaux for 5G telecom applications. This innovative converter, with ~ μW power consumption, 0–5 GHz bandwidth, and 25 GHz sampling capability, will be adapted and optimized for cryogenic quantum instrumentation.
The thesis objective is to design, model, fabricate, and validate a wideband RF-DAC in STMicroelectronics 28 nm FDSOI CMOS technology, capable of generating complex modulated signals (amplitude, phase, frequency) for multi-qubit control.
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Début de la thèse : 01/11/
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