Modélisation cryogénique et conception de lnas 4k pour le quantique h/f

Contexte:
Ces dernières années, nous avons assisté au développement fulgurant des travaux sur le futur ordinateur quantique. Ce futur ordinateur quantique nécessite des millions de qubits pour réaliser des opérations quantiques de haute fidélité. Dans ce contexte, de nombreuses technologies de qubits sont apparues. Le Leti développe depuis plusieurs années une technologie sur silicium afin de viser une informatique quantique performante et industrialisable. Autour de ces qubits plusieurs circuits sont nécessaires et notamment l’électronique de lecture des qubits nommée «Readout». Afin de réaliser une électronique implémentable à grande échelle, nous avons axés nos travaux de recherche sur des technologies silicium pour cette partie. La technologie BiCMOS proposant à la fois des transistors bipolaires SiGe à fortes performances fréquentielles et des transistors CMOS à basse consommation devient une option prometteuse pour la réalisation des circuits de lecture multi-qubits cryogéniques. Elle permet de plus une intégration à grande échelle. Cependant, les opérations de lecture haute fidélité requièrent, dans ce type d’architecture, des amplificateurs à très faible bruit (LNA) avec une température équivalente de bruit très faible de quelques Kelvins (soit un facteur de bruit inférieur à 0.1 dB à 4K). L’enjeu majeur, au sein des circuits de lecture des qubits, est par conséquent la modélisation et l’optimisation du bruit du LNA à base de HBTs SiGe à des températures cryogéniques afin d’atteindre les performances en bruit des LNA cryogéniques de laboratoire (non intégrés) à base de composés III-V (Tels que ceux de NoiseFactor, par exemple).
De récents travaux de R&D visent à développer des architectures innovantes spécifiques afin de réduire le bruit à des températures cryogéniques. C’est pourquoi, dans le futur, il sera primordial de développer un modèle en bruit des transistors HBTs SiGe afin d’optimiser les futures architectures en technologie BiCMOS N.B.: Ce dernier point fera l’objet d’une future thèse à part entière; dans le cadre du stage seule une technique d’extrapolation en bruit issue de l’état-de-l ’art sera demandée).


Descriptif du sujet:
Ce stage a pour objet la modélisation de composants à des températures cryogéniques (proche de 4K) afin de réaliser des architectures innovantesde LNAs très faible bruit en technologie BiCMOS pour le quantique.

Travail demandé:

- Une étude des différentes techniques de modélisation de bruit à des températures ambiantes (300K) et cryogéniques (4K) avec pour finalité la sélection d’une technique de modélisation à mettre en œuvre – 1.5 mois.

- Conception d’un LNA cryogénique en technologie BiCMOS (B55X de STMicroelectronics) à 300K dans la bande 4-8 GHz dans un premier temps et extrapolation de ces performances en bruit à 4K à l’aide de la technique de modélisation en bruit choisie à l’étape précédente – 3.5 mois.

- Rédaction d’un rapport de stage – 1 mois.