CDD modélisation multi-physique système d’un accélérateur pour le calcul quantique à température cryogénique

Dans le cadre du programme de développement national du calcul quantique, le CEA rassemble plusieurs corps de métiers, de la physique fondamentale [1] aux circuits intégrés [2]. Dans ce contexte, l’institut  LIST du CEA participe au développement du contrôle embarqué de dispositifs quantiques [3], d’algorithmes de correction [4] ainsi qu’aux topologies de qubits optimales. Les qubits de spin utilisés et développés par le CEA-Leti sont la base de travail du projet attaché à cette offre, et demandent des températures de fonctionnement autour du degré Kelvin. Cette gamme de température challenge toute partie du système au sein du cryostat de même que pour tous ses constituants (électronique, mécanique, connectique, thermique…) ainsi que son bon dimensionnement.

Dans ce contexte, votre mission sera de modéliser ces différents aspects afin de développer un modèle prenant en compte les contraintes multi-physiques des dispositifs quantiques développés au CEA et de leur environnement. Il sera nécessaire d’aborder un point de vue système prenant en compte les challenges de chaque fonction (contraintes de timing entre circuits, intégrité des signaux, performance des blocs…) partagé avec un regard physique (environnement thermique des qubits, dissipation de puissance des circuits, CEM…) sera nécessaire pour la pertinence du travail. Différents niveaux de modélisation sont à envisager afin de permettre de capturer les interactions entre les différents blocs pour les injecter dans des analyses au niveau système .

Ainsi vos principales missions seront :

- Modélisation fonctionnelle (signal) et extra-fonctionnelle (consommations, encombrement, thermique…) des sous-ensembles du système (matrice de qubits, électronique, ligne de transmission…) avant assemblage global
- Prise en compte d’une modélisation comportementale fine basée sur des mesures à température cryogénique (interaction des connectiques, variabilité de métrique système selon différents paramètres (variation de la fréquence d’horloge selon la température), …)
- Travail de mise en commun des différents domaines impliqués. Savoir instaurer un dialogue avec chaque corps de métier et synthétiser les challenges rencontrés.
- Participation aux choix architecturaux pour les futures générations de démonstrateurs
- Revue de la littérature sur le domaine afin de maintenir une compétitivité des actions menées quant à la modélisation des systèmes quantiques
- Participer à la dissémination scientifique des résultats de recherche de l'équipe (contributions aux publications dans des conférences internationales) et à la valorisation de nos innovations (rédaction de brevets).

Profil du candidat :

- Vous êtes titulaire d’un diplôme d’ingénieur/master en Informatique (proche matériel) ou microélectronique, électronique, systèmes embarqués.

- Vous avez une bonne compréhension des phénomènes thermiques et électromagnétiques.

- Vous maitrisez la communication en anglais dans le cadre professionnel.

- Vous appréciez le travail en équipe tout en faisant preuve d’une bonne autonomie.

Expérience et/ou compétences complémentaires souhaitées :

- Connaissance de langages de programmation (Python, Matlab, C/C++), script (shell, tcl,…) et d’outil de gestion de version (Git).

- Expérience en modélisation de système matériel  

- Etre sympa (Ce travail demandera de nombreuses interactions avec différents corps de métier)

- Curiosité pour le domaine de l’informatique quantique et intérêt dans les domaines de la physique appréciés.

Biblio :

[1] : T. Bédécarrats et al., "A new FDSOI spin qubit platform with 40nm effective control pitch," 2021 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), San Francisco, CA, USA, 2021, pp. 1-4, doi: 10.1109/IEDM19574.2021.9720497.

[2] : L. L. Guevel et al., "19.2 A 110mK 295µW 28nm FDSOI CMOS Quantum Integrated Circuit with a 2.8GHz Excitation and nA Current Sensing of an On-Chip Double Quantum Dot," 2020 IEEE International Solid-State Circuits Conference - (ISSCC), San Francisco, CA, USA, 2020, pp. 306-308, doi: 10.1109/ISSCC19947.2020.9063090.

[3] : B. Jadot et al., "A Cryogenic Active Router for Qubit Array Biasing from DC to 320 MHz at 100 nm Gate Pitch," ESSCIRC 2023- IEEE 49th European Solid State Circuits Conference (ESSCIRC), Lisbon, Portugal, 2023, pp. 157-160, doi: 10.1109/ESSCIRC59616.2023.10268775.

[4] : A. G. Flower et al., « Surface codes : Towards practical large-scale quantum computation,», Physical Review A 50th Anniversary Milestones, 2021, doi : https://doi.org/10.1103/PhysRevA.86.032324

Conformément aux engagements pris par le CEA en faveur de l’intégration de personnes en situation de handicap, cet emploi est ouvert à tous et toutes.