Brevet FR3068518A1 — publié le 20190104

PROCEDE DE CONTROLE D'UN DISPOSITIF QUANTIQUE A QUBIT DE SPIN DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention concerne le domaine de la spintronique, et notamment du traitement de l'information quantique, ou de l'informatique quantique. L'invention porte notamment sur un procédé de contrôle d'un dispositif quantique à bits quantiques (appelé quantum bits) ou qubits de spin, permettant de contrôler en champ électrique le spin d'une charge électrique dans du semi-conducteur. La bande de conduction de certains semi-conducteurs, dont le silicium, présente d'excellentes propriétés, en termes de cohérence, pour réaliser des qubits de spin. La réalisation d'un qubit de spin implique de pouvoir manipuler localement le spin de la charge électrique, c'est-à-dire contrôler le passage entre les états « spin up » et « spin down » représentant les deux états propres du qubit. Une première possibilité pour réaliser cette manipulation consiste à utiliser un champ magnétique contrôlé de manière locale et auquel le qubit est exposé. Cette première approche se base sur la propriété de certains électrons à absorber puis réémettre l'énergie d'un rayonnement électromagnétique lorsqu'ils sont placés dans un champ magnétique, appelée résonance paramagnétique électronique (RPE) ou résonance de spin électronique (RSE) (en anglais « Electron Spin Resonance », ou ESR). Un tel contrôle local de champ magnétique est toutefois difficile à mettre en oeuvre. Une deuxième possibilité pour manipuler localement le spin d'une charge électrique consiste à utiliser un champ électrique contrôlé de manière locale et auquel le qubit est exposé. Cette approche, appelée EDSR pour « Electric Dipole Spin Resonance », fait appel à un dipôle électronique qui, pour être couplé au spin, nécessite soit la présence d'un champ magnétique inhomogène (inhomogénéité obtenue par exemple par des micro-aimants intégrés), soit exploite le couplage spin-orbite dans le qubit. 2 L'énergie associée à un état dans lequel se trouve le spin d'un qubit dépend notamment de la vallée de la bande de conduction dans laquelle se trouve la charge électrique dont le spin est manipulé. Par exemple, la bande de conduction du silicium comporte trois groupes de deux vallées. Il est possible de séparer un groupe de 5 deux vallées v1 et v2 des autres en confinant l'électron dans un puits de potentiel induit par exemple par un champ électrique fort, et de choisir que les deux états possibles d'un qubit correspondent aux niveaux d'énergie de la charge électrique à l'état « spin up » et « spin down » dans la vallée de plus basse énergie (v1). La figure 1 représente le niveau d'énergie (en p.eV) d'un électron dans 10 du silicium, dans les deux vallées de plus basses énergies v1 et v2, en fonction de la valeur du champ magnétique B (en T) auquel est soumis le qubit. La référence 10 désigne le niveau d'énergie d'un électron à l'état « spin down » dans la vallée v1, noté v1 \l,, la référence 12 désigne ce niveau d'énergie dans la vallée v1 à l'état « spin up », noté vil`, la référence 14 désigne ce niveau d'énergie dans la vallée v2 à l'état « spin down », noté 15 v24,, et la référence 16 désigne ce niveau d'énergie dans la vallée v2 à l'état « spin up », noté v21`. Le couplage spin-orbite inter-vallée, également appelé SOiv, permet de faire tourner conjointement le spin et la vallée et peut-être exploité pour manipuler le spin par EDSR. L'intensité du SOiv dépend de la nature du matériau utilisé et est 20 caractérisée par l'élément de matrice Mo = de l'Hamiltonien de couplage spin-orbite Ho entre les états v11\ et v24,. Dans le silicium, Mo est naturellement faible (de quelques peV à une dizaine de peV). Ses effets sont néanmoins exacerbés lorsque l'énergie séparant l'état v11\ de l'état v2 \l,est petite. L'EDSR (transition entre v1 \I, et v11`) résulte alors d'un couplage v1 \I, - v24, par le champ 25 électrique et d'un couplage v24, - v11\ par le SOiv. La manipulation de l'état du spin par EDSR est extrêmement dépendante de l'écart d'énergie inter-vallée, ou « valley-orbit splitting », noté A et qui est représentatif, sur l'exemple de la figure 1, de l'écart entre les niveaux d'énergie v11\ et v21`. Sur la figure 1, l'écart entre les niveaux d'énergie v11\ et v24, est égal à A - g.pB.B, avec g correspondant au facteur de Landé, 1-1B le magnéton de Bohr, et B le champ 3 magnétique auquel le qubit est exposé. La référence 18 notée sur la figure 1 désigne une région de résonance dans laquelle les niveaux d'énergie des états v11\ et v24, sont proches l'un de l'autre et qui est favorable à une manipulation de l'état du spin. Il est donc intéressant d'avoir une structure de qubit permettant 5 d'augmenter les effets du SOiv lors d'une manipulation de l'état du spin. Le document « Electrically driven spin qubit based on valley mixing » de W. Huang et al., Physical Review B 95, 075403 (2017), décrit une structure de qubit dans laquelle, afin d'avoir un SOiv important, une couche de silicium est modifiée afin de former une marche de quelques (1 à 5) couches atomiques. Les effets du SOiv sont 10 exacerbés lorsque la fonction d'onde de l'électron est positionnée au niveau de cette marche. Cette structure exploite le SOiv entre les états vil`, v14, et des états excités de la vallée v2 non reproduits sur la figure 1. Un premier problème rencontré avec une telle structure est que la position, hauteur et morphologie d'une marche est très difficile à maîtriser (une variation 15 de hauteur d'une couche atomique, soit environ 0.2 nm, modifiant sensiblement les propriétés du qubit). En outre, bien que la fréquence de Rabi (vitesse de rotation des spins) augmente avec la hauteur de la marche, il devient de plus en plus difficile de faire franchir cette marche à l'électron. Cela entraîne une perte de contrôle électrique (instabilité) pour des marches supérieures à 4-5 couches atomiques (0.8 à 1 nm). 20 La fréquence de Rabi obtenue pour une telle structure comprenant une marche dont l'épaisseur est de l'ordre de 1 à 4 couches atomiques, soit environ 0,2 à 0,8 nm, est de l'ordre de 2 à 3 MHz. Une fréquence de Rabi plus importante peut être obtenue en augmentant la hauteur de la marche, par exemple environ 10 MHz ou plus pour une marche d'épaisseur égale à 1 nm ou plus, mais au détriment de la stabilité de 25 l'état du spin. EXPOSÉ DE L'INVENTION Un but de la présente invention est de proposer un procédé de contrôle d'un dispositif quantique à un ou plusieurs qubits de spin, dans lequel les effets du SOiv sont contrôlés individuellement pour le ou chaque qubit du dispositif sans avoir à 4 modifier la valeur du champ magnétique auquel le ou les qubits sont exposés et dont la valeur peut être importante, et permettant de résoudre les problèmes de stabilité d'état de spin rencontrés avec les structures de l'art antérieur. Un autre but de la présente invention est de proposer un dimensionnement du dispositif vis-à-vis des propriétés 5 matériaux, des symétries de la structure et des signaux de contrôle électrique permettant de manipuler efficacement le spin tout en garantissant sa stabilité en dehors des opérations de manipulation. Pour cela, la présente invention propose un procédé de contrôle d'un dispositif quantique à qubit de spin, dans lequel le dispositif quantique comporte au 10 moins : - une portion de semi-conducteur comprenant une face supérieure, une face inférieure et des faces latérales sensiblement perpendiculaires aux faces supérieure et inférieure ; - une couche diélectrique sur laquelle est disposée la portion de semi- 1 5 conducteur telle que la face inférieure de la portion de semi-conducteur soit disposée du côté de la couche diélectrique ; - une grille avant recouvrant partiellement au moins une arrête supérieure de la portion de semi-conducteur formée à une jonction entre la face supérieure et une première des faces latérales ; 20 - une grille arrière telle que la couche diélectrique soit disposée entre la grille arrière et la portion de semi-conducteur ; le procédé comprenant, lors d'une manipulation, ou changement, d'un état du spin du qubit du dispositif quantique : - l'exposition du dispositif quantique à un champ magnétique B, et 25 - l'application, sur la grille arrière, d'un potentiel électrique Vbg de valeur telle que I A(Vbg) - g.u.B.B I 21 Mso I (c'est-à-dire g.u.B.B - 21 Mso I A(Vbg) g.i.J.B.B + 21 Mso I ), et l'application, sur la grille avant, d'un potentiel électrique Vfg confinant au moins une charge électrique sous l'arrête supérieure et d'un signal électrique RF déclenchant un changement d'état du spin du qubit du dispositif quantique, 5 avec g correspondant au facteur de Landé, u.B correspondant au magnéton de Bohr, A correspondant à l'écart d'énergie inter-vallée dans la portion de semi-conducteur, et Mo le couplage spin-orbite inter-vallées, ou couplage SOiv, du dispositif quantique. 5 Ce procédé fait appel à un dispositif quantique comprenant une grille avant et une grille arrière. L'utilisation de deux grilles permet de contrôler séparément le confinement par le champ électrique et l'écart d'énergie inter-vallée A. Plus précisément, le potentiel électrique Vfg appliqué sur la grille avant peut contrôler essentiellement le confinement de la charge électrique dont on manipule le spin dans le dispositif. Le 10 potentiel électrique Vbg appliqué sur la grille arrière permet d'ajuster A sans risque que l'électron ne quitte le dispositif, au besoin en agissant conjointement sur la grille avant pour corriger le confinement. En effet, si la seule grille avant est utilisée pour contrôler A, ce dernier ne peut être ajusté sans courir le risque de déconfiner et de perdre la charge électrique. L'utilisation de la grille arrière permet de découpler confinement et 15 ajustement de A. Il est possible d'agir à la fois sur Vfg et Vbg pour atteindre la résonance sans déconfiner la charge électrique dont le spin est manipulé. L'action de la grille arrière engendrée par l'application de Vbg peut dont (mais nécessairement) s'accompagner d'une correction engendrée par l'application de Vfg sur la grille avant. 20 Dans ce dispositif quantique, un couplage SOiv Mo important et bien contrôlé est obtenu du fait que grâce aux signaux appliqués sur la grille avant et la grille arrière lors d'une manipulation de l'état du spin, la fonction d'onde de la charge électrique dont le spin est manipulé est localisée à proximité de l'arrête supérieure de la portion de semi-conducteur qui est recouverte par la grille avant. L'intersection de deux 25 faces perpendiculaires formant l'arrête supérieure recouverte par la grille avant exacerbe la contribution des interfaces au SOiv, et lève les limites imposées par les symétries au SOiv (moins la structure est symétrique, plus les effets du SOiv sont potentiellement importants). Au cours du procédé, le dispositif quantique peut être exposé à un 30 champ magnétique B de valeur telle que g.u.B.B > min(A(Vbg))-2 I Mso I, ce qui permet de 6 garantir que la condition de résonance 1A(Vbg) - g.u.B.B1 21Msol peut être atteinte. La manipulation de l'état du spin du qubit se produit donc en appliquant sur la grille arrière un potentiel électrique Vbg de valeur telle que 1A(Vbg) - g4IB.B1 21Msol (condition de résonance), et sur la grille avant, un signal électrique RF déclenchant le changement 5 d'état du spin. Ces conditions peuvent être remplies individuellement pour le ou chaque qubit de spin, quelle que soit la valeur du champ magnétique B auquel le dispositif quantique est soumis. Lorsque 1A(Vbg) - g.uB.B1 21Mso 1, la fréquence de Rabi des oscillations du spin est supérieure à la moitié de la fréquence maximale obtenue pour (Vbg) = g.uB.B. 10 La largeur à mi-hauteur de la résonance en champ magnétique est d'environ 41Mso 1 . On peut donc atteindre au moins 50 % de la fréquence de Rabi maximale lorsque 1A(Vbg) - g.1.43.B1 21Msol. Il est également possible d'avoir le champ magnétique B tel que g.u.B.B > min(A(Vbg)). 15 De plus, à l'issue de cette phase de manipulation, par exemple pendant les phases d'initialisation et de lecture du ou des qubits, la valeur de Vbg peut être modifiée afin de ne plus satisfaire la condition A = g.u.B.B (à environ 21Msol près) qui n'est pas favorable pour la stabilité de l'état de spin, et cela sans avoir à modifier la valeur du champ magnétique B auquel est soumis le dispositif quantique. Le procédé permet donc 20 de découpler la manipulation de spin de son initialisation et sa lecture. De plus, la structure du dispositif quantique ne comporte pas les limitations imposées dans celle de l'art antérieur (lorsqu'une marche est utilisée pour localiser la fonction d'onde), à savoir une fréquence de Rabi limitée. Dans l'ensemble de la présente demande, le terme « recouvre » est 25 utilisé entre deux éléments pour désigner le fait que ces deux éléments sont disposés l'un contre l'autre, soit directement (c'est-à-dire sans élément supplémentaire entre eux) soit indirectement (avec un ou plusieurs éléments supplémentaires interposés entre eux). En considérant par exemple que la portion de semi-conducteur est formée d'une partie supérieure et d'une partie inférieure séparées l'une de l'autre par un 30 premier plan parallèle aux faces supérieure et inférieure et passant par le centre de la 7 portion de semi-conducteur, et de deux parties latérales séparées l'une de l'autre par un deuxième plan passant également par le centre de la portion de semi-conducteur et parallèle à la face latérale formant l'arrête recouverte par la grille avant, la fonction d'onde de la charge électrique dont le spin est manipulé peut être localisée, lors de la 5 manipulation de l'état du spin, dans la partie supérieure et dans la partie latérale qui inclut l'arrête supérieure recouverte par la grille avant, c'est-à-dire à proximité de cette arrête supérieure, sous la partie de la portion de semi-conducteur recouverte par la grille avant. Le procédé peut comporter en outre, lors d'une phase d'initialisation ou 10 de lecture du qubit, l'application du potentiel électrique Vbg de valeur telle que I A(Vbg) - g4p.B.B1 loi msoi. Dans ce cas, l'énergie de la charge électrique est telle qu'elle est éloignée de la région de résonance, améliorant ainsi la stabilité de l'état du spin de cette charge lors de l'initialisation ou de la lecture du qubit. La portion de semi-conducteur et/ou la grille avant peut être 15 dissymétrique par rapport à un plan passant par le centre de la portion de semi- conducteur et parallèle à au moins une deuxième des faces latérales de la portion de semi-conducteur. Dans cette configuration, la grille avant et la portion de semiconducteur forment un ensemble dissymétrique contribuant à l'obtention d'un SOiv important. Lors d'une manipulation de l'état du spin, la charge électrique dont le spin est 20 manipulé est localisée à proximité de l'arrête de la portion de semi-conducteur recouverte par la grille avant, via l'application de potentiels électriques sur les grilles avant et arrière. Les première et deuxième faces latérales de la portion de semiconducteur peuvent correspondre à la même face latérale de la portion de semi- 25 conducteur. Dans ce cas, la dissymétrie est notamment due à la grille avant qui recouvre cette face latérale et la partie de la face supérieure formant, avec cette face latérale, l'arrête supérieure recouverte par la grille avant. La grille avant peut recouvrir une seule arrête supérieure de la portion de semi-conducteur. Dans ce cas, un SOiv important est obtenu lors d'une manipulation 30 de l'état du spin grâce à la localisation de la charge électrique dont le spin est manipulé à 8 proximité de cette arrête supérieure, et non dans une partie supérieure centrale de la portion de semi-conducteur. La grille avant peut comporter deux parties distinctes recouvrant chacune une seule arrête supérieure de la portion de semi-conducteur formée à une 5 jonction de la face supérieure et de l'une des faces latérales de la portion de semi- conducteur, les deux arrêtes supérieures recouvertes par les deux parties distinctes de la grille avant étant sensiblement parallèles l'une de l'autre. Les deux parties de la grille avant sont qualifiées de distinctes car elles ne sont pas en contact électrique l'une avec l'autre. Avec une telle structure, il est par exemple possible de localiser un électron sous 10 chaque grille (à proximité de l'arrête recouverte par la dite grille), afin de réaliser deux qubits couplés, soit pour implémenter une porte à deux qubits, soit pour lire un des deux qubits (dont l'état est inconnu) en le couplant avec l'autre (préparé dans un état connu). Le dispositif quantique peut comporter en outre au moins deux grilles latérales recouvrant des deuxièmes parties de la portion de semi-conducteur situées de 15 part et d'autre d'une première partie de la portion de semi-conducteur définissant le qubit, et, lors de la manipulation de l'état du spin du qubit du dispositif quantique, des potentiels électriques de valeurs différentes l'une de l'autre peuvent être appliqués sur les grilles latérales. De telles grilles latérales forment des barrières pouvant servir à isoler le qubit lorsque le dispositif quantique est une structure à multiple puits quantiques. De 20 plus, en appliquant des potentiels électriques de valeurs différentes sur ces grilles latérales, une dissymétrie est générée au sein de la portion de semi-conducteur, augmentant ainsi le SOiv obtenu. Dans un mode de réalisation offrant plus de compacité, le dispositif quantique peut comporter en outre au moins deux espaceurs électriquement 25 conducteurs distincts (non reliés électriquement entre eux) et disposés contre deux côtés opposés de la grille avant et, lors de la manipulation de l'état du spin du qubit du dispositif quantique, des potentiels électriques de valeurs différentes l'une de l'autre peuvent être appliqués sur les deux espaceurs électriquement conducteurs. De tels espaceurs forment dans ce cas des barrières favorisant l'isolement du qubit dans la 30 portion de semi-conducteur. 9 La portion de semi-conducteur peut comporter quatre extrémités reliées à une partie centrale et chacune recouverte au moins partiellement par une partie de la grille avant distincte des autres parties de la grille avant, et, lors d'une manipulation d'un état du spin du qubit du dispositif quantique, le signal RF peut être appliqué sur deux 5 parties voisines de la grille avant. Dans une telle configuration, lors d'une manipulation de l'état du spin, la fonction d'onde de la charge électrique peut alors être localisée à proximité d'une arrête supérieure de la portion de semi-conducteur, dans une partie se trouvant entre les deux extrémités recouvertes par les parties de la grille avant sur lesquelles le signal RF est appliqué. 10 Le dispositif quantique peut comporter plusieurs qubits de spin formés dans plusieurs portions de semi-conducteur distinctes, la grille arrière pouvant être couplée à l'ensemble des portions de semi-conducteur distinctes. Dans ce cas, la grille arrière est globale à l'ensemble des qubits, et, lors d'une manipulation de l'état du spin des qubits, la valeur de A est contrôlée notamment par l'intermédiaire de la grille avant 15 de chacun des qubits. En variante, le dispositif quantique peut comporter plusieurs qubits de spin formés dans plusieurs portions de semi-conducteur distinctes, et peut comporter plusieurs grilles arrières chacune couplée à l'une des portions de semi-conducteur. Dans ce cas, les grilles arrières sont locales et chacune peut servir à réaliser un ajustement 20 individuel de la valeur de A du qubit auquel elle appartient. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : 25 - la figure 1 représente les niveaux d'énergie d'un électron dans des vallées différentes, dans du silicium ; - les figures 2 à 4 correspondent à différentes vues schématiques d'un dispositif quantique à qubit de spin contrôlé par le procédé selon invention, selon un premier mode de réalisation ; 10 - la figure 5 représente la valeur l'écart d'énergie inter-vallée obtenu en faisant varier la valeur du potentiel électrique appliqué sur la grille arrière du dispositif quantique à qubit de spin selon le premier mode de réalisation ; - la figure 6 représente la valeur de la fréquence de Rabi obtenue en 5 faisant varier la valeur du potentiel électrique appliqué sur la grille arrière du dispositif quantique à qubit de spin, objet de la présente invention, selon le premier mode de réalisation ; - la figure 7 est une vue en coupe du dispositif quantique à qubit de spin contrôlé par le procédé selon l'invention, selon un deuxième mode de réalisation ; 10 - la figure 8 correspond à une vue en perspective, schématique et partielle, d'un dispositif quantique à qubit de spin contrôlé par le procédé selon l'invention, selon un troisième mode de réalisation ; - la figure 9 représente l'augmentation du SOiv obtenue en augmentant une différence de potentiels appliqués aux extrémités du nanofil du 15 dispositif quantique à qubit de spin selon le troisième mode de réalisation ; - la figure 10 représente des exemples de potentiels appliqués sur les grilles avant et arrière lors d'un procédé de contrôle d'un dispositif quantique à qubit de spin, objet de la présente invention ; - la figure 11 représente une vue en perspective, schématique et 20 partielle, d'un dispositif quantique à qubit de spin, objet de la présente invention, selon un quatrième mode de réalisation ; - la figure 12 représente une vue en perspective, schématique et partielle, d'un dispositif quantique à qubit de spin, objet de la présente invention, selon un cinquième mode de réalisation. 25 Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. 11 Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 5 On se réfère tout d'abord aux figures 2 à 4 qui correspondent à différentes vues d'un dispositif quantique 100 selon un premier mode de réalisation. Sur ces figures, seule une partie du dispositif 100 formant un seul qubit de spin est représentée, bien que le dispositif 100 comporte avantageusement plusieurs qubits de spin formés les uns à côté des autres sur un même substrat, par exemple disposés en 10 formant une matrice de qubits de spin. Le dispositif 100 comporte une portion 102 de semi-conducteur, ici correspondant à un nanofil de silicium. La longueur 12 de la portion 102, qui correspond à sa dimension selon l'axe X sur les figures 2 à 4, est typiquement comprise entre environ 15 et 100 nm, sa largeur w, qui correspond à sa dimension selon l'axe Y, est par exemple 15 comprise avantageusement entre environ 15 et 100 nm (mais peut être arbitrairement grande), et son épaisseur e102, qui correspond à sa dimension selon l'axe Z, peut être comprise entre environ 4 et 40 nm. En outre, dans ce premier mode de réalisation, la portion 102 a une forme sensiblement parallélépipédique rectangle et comporte une face supérieure 115, 20 une face inférieure 117 et quatre faces latérales 116 (référencées 116.1 à 116.4 sur les figures 2 à 4) qui sont sensiblement perpendiculaires aux faces supérieure et inférieure 115, 117. D'autres formes de portion 102 de semi-conducteur sont toutefois envisageables. Dans le dispositif 100, la portion 102 est destinée à former une boîte 25 quantique correspondant à un qubit de spin. La portion 102 est disposée sur une couche diélectrique 104 comprenant par exemple du 5i02. La face inférieure 117 de la portion 102 repose sur une partie supérieure 106 de la couche 104 qui a une épaisseur e106 par exemple comprise entre environ 0 nm (cette partie supérieure 106 peut ne pas être présente) et 10 nm, et 12 qui est gravée selon le motif formé par la portion 102 dans le plan (X,Y) qui est parallèles aux faces supérieure et inférieure 115, 117. La portion 102 est recouverte partiellement par une grille avant 108. Cette grille avant 108 est formée par une première portion électriquement conductrice 5 110 et une première portion diélectrique 112 disposée entre la première portion électriquement conductrice 110 et la portion 102. De manière optionnelle, une deuxième portion diélectrique 114 peut être disposée entre la première portion diélectrique 112 et la portion 102, comme c'est le cas sur les figures 2 à 4. Dans ce premier mode de réalisation, la grille avant 108 recouvre une 10 partie d'une seule des faces latérales 116 de la portion 102. Sur les figures 2 à 4, les faces latérales 116 de la portion 102, référencées 116.1 à 116.4, correspondent aux quatre faces sensiblement parallèles aux plans (X,Z) et (Y,Z). Sur ces figures, la grille avant 108 recouvre une partie de la face latérale référencée 116.1 mais ne recouvre pas les faces latérales référencées 116.2, 116.3 et 116.4. De plus, la grille avant 108 recouvre une 15 partie de la face supérieure 115 de la portion 102. Sur les figures 2 à 4, la dimension « a » représente la partie de la largeur de la portion 102 recouverte par la grille avant 108, la valeur du rapport a/w étant comprise dans l'intervalle 10; 1[. Le dispositif 100 comporte également une grille arrière 120, visible sur 20 les figures 3 et 4, permettant de contrôler de manière électrostatique la position de la fonction d'onde du qubit et donc de modifier les valeurs de A et Mo lors d'une manipulation de l'état du spin du qubit. Cette grille arrière 120 permet d'ajuster le champ électrique vertical produit dans la portion 102. La longueur 11 de la grille avant 108 est inférieure à la longueur 12 de la 25 portion 102 afin de former une boîte quantique dans la partie du nanofil 102 recouverte par la grille 108. En recouvrant ainsi une seule face latérale 116.1 et une partie de la face supérieure 115 de la portion 102, la grille avant 108 recouvre partiellement (du fait que 11 V1, la fonction d'onde est alors localisée à proximité de l'arrête supérieure 113, mais du côté de la grille latérale 124.2. 20 La figure 9 représente l'augmentation de la valeur du SOiv obtenue en augmentant la valeur de la différence de potentiels V1 - V2 appliquée entre les grilles latérales 124.1, 124.2. En variante des grilles latérales 124.1, 124.2, il est possible de former, autour de la grille avant 108, au moins deux espaceurs électriquement conducteurs, par 25 exemple en polysilicium, formant des barrières remplissant une fonction similaire à celle des grilles latérales 124.1, 124.2. Ces espaceurs électriquement conducteurs sont disposés contre deux côtés opposés de la grille avant 108 et espacés du matériau conducteur 110 de la grille avant 108 par un matériau diélectrique interposé entre le matériau conducteur 110 et celui des espaceurs conducteurs. 19 La figure 11 représente le dispositif 100 selon un quatrième mode de réalisation. Dans ce quatrième mode de réalisation, la grille avant 108 comporte deux parties 108.1 et 108.2 distinctes recouvrant chacune une arrête supérieure de la 5 portion 102. La première partie 108.1 de la grille avant 108 formée dans ce quatrième mode de réalisation est par exemple similaire à la grille avant 108 du dispositif 100 selon le premier mode de réalisation et recouvre partiellement l'arrête supérieure 113.1. La deuxième partie 108.2 de la grille avant recouvre l'arrête supérieure 113.2 formée à la jonction de la face supérieure 115 et de la face latérale 116.2, les deux arrêtes 10 supérieures 113.1 et 113.2 recouvertes par les parties 108.1 et 108.2 étant sensiblement parallèles l'une de l'autre. La figure 12 représente le dispositif 100 selon un cinquième mode de réalisation. Dans ce cinquième mode de réalisation, la portion 102 comporte une 15 partie centrale 126 et quatre extrémités 128.1 - 128.4 reliées à cette partie centrale 126. Sur l'exemple de la figure 12, la portion 102 a, dans le plan (X,Y) parallèle aux faces supérieures et inférieures 115, 117 de cette portion 102, une forme de croix. Chacune des extrémités 128.1 - 128.4 est recouverte par une grille 108.1 - 108.4 formant ensemble la grille avant 108 du dispositif 100. Chacune de ces 20 grilles 108.1 - 108.4 recouvre une partie de la face supérieure 115 et des deux faces latérales se trouvant au niveau d'une des extrémités 128.1 - 128.4. Ainsi, chacune des grilles 108.1 - 108.4 recouvrent deux des arrêtes latérales supérieures de la portion 108 reliant les extrémités entre elles. Sur la figure 12, ces quatre arrêtes latérales supérieures 25 portent les références 113.1- 113.4. Lors d'une manipulation de l'état du spin du qubit formé dans la portion 102, la grille arrière 120 (non visible sur la figure 12) du dispositif 100 est polarisée négativement afin que la fonction d'onde de la charge électrique dont le spin est manipulé soit localisée à proximité de la face supérieure 115 de la portion 102. Les 30 signaux électriques appliqués alors sur les grilles avant 108.1 - 108.4 permettent de 20 localiser alors cette fonction d'onde à proximité d'une des arrêtes supérieures 113.1 - 113.4. Par exemple, pour localiser la fonction d'onde à proximité de l'arrête supérieure 113.1, la grille arrière 120 est polarisée négativement et les grilles 108.1 et 108.2 sont polarisées positivement afin forcer ce positionnement de la fonction d'onde. Sans ces 5 potentiels électriques appliqués sur la grille arrière 120 et sur les grilles avant 108.1 - 108.4, la fonction d'onde est localisée dans la partie centrale 126 de la portion 102. La figure 12 représente la portion 102 qui ne forme qu'un seul qubit. Lorsque le dispositif 100 comporte plusieurs qubits, la portion de semi-conducteur formant ces qubits peut correspondre à la juxtaposition de plusieurs portions 102 10 similaires à celle représentée sur la figure 12 et reliées entre elles par leurs extrémités 128.1 - 128.4. Chacune des grilles 108 formée sur une des extrémités peut être commune à deux qubits voisins. Dans tous les modes de réalisation précédemment décrits, la charge électrique dont le spin est manipulé correspond à un électron. En variante, il est possible 15 que cette charge électrique corresponde à un trou. La fréquence de Rabi des qubits de trous montre également des pics avec les potentiels de grille, qui correspondent non pas à la mise en résonance de vallées v1 et v2 différentes, mais à la mise en résonance d'états REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'un dispositif quantique (100) à qubit de spin, dans lequel le dispositif quantique (100) comporte au moins : - une portion de semi-conducteur (102) comprenant une face supérieure (115), une face inférieure (117) et des faces latérales (116) sensiblement perpendiculaires aux faces supérieure et inférieure (115, 117) ; - une couche diélectrique (104) sur laquelle est disposée la portion de semi-conducteur (102) telle que la face inférieure (117) de la portion de semi-conducteur (102) soit disposée du côté de la couche diélectrique (104) ; - une grille avant (108) recouvrant partiellement au moins une arrête supérieure (113) de la portion de semi-conducteur (102) formée à une jonction entre la face supérieure (115) et une première des faces latérales (116) ; - une grille arrière (120) telle que la couche diélectrique (104) soit disposée entre la grille arrière (120) et la portion de semi-conducteur (102) ; le procédé comprenant, lors d'une manipulation d'un état du spin du qubit du dispositif quantique (100) : - l'exposition du dispositif quantique (100) à un champ magnétique B, et - l'application, sur la grille arrière (120), d'un potentiel électrique Vbg de valeur telle que I A(Vbg) - g.u.B.B I 2IMso I, et l'application, sur la grille avant (108), d'un potentiel électrique Vfg confinant au moins une charge électrique sous l'arrête supérieure (113) et d'un signal électrique RF déclenchant un changement d'état du spin du qubit du dispositif quantique (100), avec g correspondant au facteur de Landé, I.J.B correspondant au magnéton de Bohr, A correspondant à l'écart d'énergie inter-vallée dans la portion de semi-conducteur (102), et Mo le couplage spin-orbite inter-vallées du dispositif quantique (100). 22 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le champ magnétique B auquel le dispositif quantique (100) est exposé est de valeur telle que g.I1B.B > min(A(Vbg))-2 I Mo I . 5 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre, lors d'une phase d'initialisation ou de lecture du qubit, l'application du potentiel électrique Vbg de valeur telle que I A(Vbg) - g443.13 I 10 i Mo I . 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 10 la portion de semi-conducteur (102) et/ou la grille avant (108) est dissymétrique par rapport à un plan passant par le centre de la portion de semi-conducteur (102) et parallèle à au moins une deuxième des faces latérales (116) de la portion de semiconducteur (102). 15 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les première et deuxième faces latérales (116) de la portion de semi-conducteur (102) correspondent à la même face latérale (116.1) de la portion de semi-conducteur (102). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 20 la grille avant (108) recouvre une seule arrête supérieure (113) de la portion de semi- conducteur (102). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la grille avant (108) comporte deux parties (108.1, 108.2) distinctes recouvrant chacune une seule 25 arrête supérieure (113.1, 113.2) de la portion de semi-conducteur (102) formée à une jonction de la face supérieure (115) et de l'une des faces latérales (116) de la portion de semi-conducteur (102), les deux arrêtes supérieures (113.1, 113.2) recouvertes par les deux parties (108.1, 108.2) distinctes de la grille avant (108) étant sensiblement parallèles l'une de l'autre. 23 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif quantique (100) comporte en outre au moins deux grilles latérales (124.1, 124.2) recouvrant des deuxièmes parties de la portion de semi-conducteur (102) situées de part et d'autre d'une première partie de la portion de semi-conducteur définissant le 5 qubit, et dans lequel, lors de la manipulation de l'état du spin du qubit du dispositif quantique (100), des potentiels électriques de valeurs différentes l'une de l'autre sont appliqués sur les deux grilles latérales (124.1, 124.2). 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 10 le dispositif quantique (100) comporte en outre au moins deux espaceurs électriquement conducteurs distincts et disposés contre deux côtés opposés de la grille avant (108), et dans lequel, lors de la manipulation de l'état du spin du qubit du dispositif quantique (100), des potentiels électriques de valeurs différentes l'une de l'autre sont appliqués sur les deux espaceurs électriquement conducteurs. 15 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la portion de semi-conducteur (102) comporte quatre extrémités (128.1 - 128.4) reliées à une partie centrale (126) et chacune recouverte au moins partiellement par une partie (108.1 - 108.4) de la grille avant (108) distincte des autres parties de la grille avant (108), 20 et dans lequel, lors de la manipulation de l'état du spin du qubit du dispositif quantique (100), le signal RF est appliqué sur deux parties voisines de la grille avant (108). 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif quantique (100) comporte plusieurs qubits de spin formés dans plusieurs 25 portions de semi-conducteur (102) distinctes, la grille arrière (120) étant couplée à l'ensemble des portions de semi-conducteur (102). 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel le dispositif quantique (100) comporte plusieurs qubits de spin formés dans plusieurs 24 portions de semi-conducteur (102) distinctes, et comporte plusieurs grilles arrières (120) chacune couplée à l'une des portions de semi-conducteur (102).