Brevet FR3159835A1 — publié le 20250905

Dispositif de détection de photons micro-ondes uniques comportant une pluralité de bits quantiques en série L‘invention concerne un dispositif (100, 100’) de détection d'un photon micro-onde unique (2) comprenant une pluralité N de bits quantiques (Q 1 , …, Q N ) à deux niveaux énergétiques couplés en série par un nombre (N-1) de résonateurs bus R j , un résonateur d’entrée (R 1 ) couplé au premier bit quantique Q 1 , un résonateur de sortie (R N+1 ) couplé au N-ième bit quantique Q N , un nombre N de systèmes de lecture (10) chacun couplé à l’un des N bits quantiques et un nombre N de lignes de transmission de pompage paramétrique (20) chacune configurée pour transmettre un ton de pompe à l’un des N bits quantiques et/ou à l’un des résonateurs d’entrée, de sortie ou bus, de sorte qu’un photon d’un résonateur R i et un ton de pompe de fréquence déterminée puissent être convertis en une excitation du bit quantique Q i et un photon du résonateur R i+1 . Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Dispositif de détection de photons micro-ondes uniques comportant une pluralité de bits quantiques en série L’invention se situe dans le domaine des capteurs quantiques et concerne plus particulièrement le domaine de l’instrumentation de mesure de puissance dans la gamme micro-onde du spectre électromagnétique. L’invention porte sur un dispositif de détection de photons uniques dans la gamme micro-onde. La gamme micro-onde correspond à des fréquences de photon de l’ordre de 1 à 20 GHz. L’invention porte également sur un procédé de détection de photons micro-ondes uniques mis en œuvre par un tel dispositif. Il existe des dispositifs de détection de photons uniques très performants dans les domaines optique et infrarouge. Ces dispositifs ont des efficacités de détection très élevées (proches de l’unité), de faibles bruits d’opération et des modes d’opération quasiment continus. Ils sont notamment mis en œuvre dans la réalisation d’expériences d’optique quantique, par exemple pour préparer des états non classiques, pour générer de l'intrication, ou encore pour produire des clés cryptographiques partagées à distance. Cependant, dans le domaine micro-onde, les photons sont difficiles à détecter en raison de leur très faible énergie. Or la détection de puissance électromagnétique dans la gamme des micro-ondes est une problématique importante dans divers domaines technologiques : on pourra citer les télécommunications (notamment les technologies 3G, 4G, Wi-Fi), les technologies radar, l'imagerie médicale ou encore l'analyse chimique (notamment la résonance magnétique). L’utilisation de capteurs quantiques permet de compter les photons uniques dans le domaine micro-onde et donc de résoudre l’aspect corpusculaire du rayonnement électromagnétique. La détection de puissance est réalisée par la mesure du flux de photons par unité de temps. Cela mène à une détection de puissance dont la sensibilité est optimale. L’article « Cyclically Operated Microwave Single-Photon Counter with Sensitivity of 1e-22 W / sqrt(Hz) », Balembois et al., PRApplied (2023) décrit un dispositif de détection de photon micro-onde unique à un bit quantique. Le brevet FR 3090891 B1 décrit un dispositif 1 de détection de photon micro-onde unique tel que celui représenté à la FIG. 1 . Le dispositif de détection 1 est un circuit supraconducteur contenant un bit quantique 10, ou qubit, supraconducteur pouvant prendre deux états quantiques notés |g> (pour ground , soit l’état fondamental) et |e> (pour excited , soit un état excité). Le bit quantique 10 oscille à une fréquence f q . La différence d’énergie entre les états |g> et |e> est f q . h, où h est la constante de Planck. Le bit quantique 10 est représenté par un condensateur agencé en parallèle à une jonction Josephson sur la FIG. 1 . Un résonateur d’entrée 12 est couplé à une ligne de transmission 16 de photons et au bit quantique 10. Le résonateur d’entrée 12 oscille à une fréquence f a et permet de recueillir un photon incident 2. Un résonateur de sortie 14 est couplé au bit quantique 10 et à une ligne de transmission 18 de photons par un couplage capacitif 15. Le résonateur de sortie 14 oscille à une fréquence f b et permet de relâcher un photon de sortie 3 après la détection du photon incident 2. Les résonateurs d’entrée et de sortie 12, 14 sont chacun représentés par un condensateur agencé en parallèle à une inductance sur la FIG. 1 . Un ton de pompe micro-onde 4, c’est-à-dire un signal cohérent, oscillant à une fréquence f p est appliqué sur le qubit 10 pour activer le processus de détection. Le ton de pompe 4 est transmis au qubit 10 par une ligne de transmission 20. Une détection d’un photon micro-onde est réalisée lorsque le bit quantique 10 est excité, ce qui est provoqué par le passage du photon dans le dispositif de détection. En effet, dans un premier temps, le photon incident 2 entre dans le résonateur d’entrée 12. Le photon incident 2 se combine ensuite avec le ton de pompe 4. Cela active un mélange à quatre ondes dans lequel le photon incident 2 est converti en une excitation du bit quantique 10, qui passe de l’état fondamental |g> à l’état excité |e>, ainsi qu’en un photon de sortie 3 émis dans le résonateur de sortie 14. Ce processus de mélange à quatre ondes est possible lorsque la fréquence du pompage paramétrique satisfait la conservation de l’énergie f p + f a = f q + f b . Autrement dit, l’énergie du photon incident 2 et d’un photon du ton de pompe 4 doit être égale à l’énergie de l’excitation du bit quantique 10 et d’un photon de sortie 3. Le photon de sortie 3 créé dans le résonateur de sortie est réémis en tant que photon propageant vers l’extérieur. En l’absence du photon 3 dans le résonateur de sortie, le bit quantique 10 ne peut pas revenir à l’état fondamental en suivant le processus inverse de mélange à quatre ondes : il reste donc à l’état excité. La mesure de l’état du bit quantique 10 permet de déterminer s’il se trouve dans l’état fondamental ou dans l’état excité, qui correspond à la détection d’un photon incident 2. Si le bit quantique 10 est mesuré dans l’état excité, on enregistre un événement de comptage et on réinitialise le bit quantique dans son état fondamental. Le processus de détection peut alors reprendre. Cependant, il est possible que le bit quantique 10 soit excité indépendamment de la détection d’un photon micro-onde. Cela peut être provoqué par exemple par du bruit thermique, par une quasiparticule ou par un rayonnement énergétique. Dans ce cas, un événement de comptage sera enregistré en l’absence de photon incident. Ces événements génèrent donc des faux positifs, c’est-à-dire du bruit d’obscurité. Les sources principales du bruit d’obscurité sont les imperfections du détecteur et les photons thermiques issus de l’environnement. Lorsque le flux de photons par unité de temps est très faible, le bruit d’obscurité limite la sensibilité du comptage des photons. Le bruit d’obscurité peut être réduit en minimisant les excitations spontanées du bit quantique, par exemple en améliorant l’écrantage du dispositif, sa thermalisation ou encore en améliorant les techniques de nano-fabrication du dispositif. Ces précautions ne sont toutefois pas toujours suffisantes. De plus, pour être sensible, le comptage de photon aux fréquences micro-ondes doit être efficace. La probabilité de comptabiliser un événement de détection, lorsqu’un photon incident impacte le résonateur d’entrée, doit être la plus grande possible, si possible arbitrairement proche de l’unité. La sensibilité d’un dispositif de comptage de photons micro-ondes peut être quantifiée par une quantité notée NEP (acronyme de « noise equivalent power », ou puissance équivalente de bruit) qui correspond à la puissance minimale détectable avec un rapport signal sur bruit de 1 pour un temps d’intégration d’une seconde. Cette quantité est exprimée en W.s 1/2 et est définie pour un dispositif de comptage de photons par l’équation : où h est la constante de Planck, f a la fréquence d’opération du détecteur, α le compte d’obscurité en Hz ou s -1 et η l’efficacité du détecteur, c’est-à-dire la probabilité d’obtenir un signal de détection lorsqu’un photon arrive sur le détecteur. Il existe un besoin pour un dispositif de détection de photons micro-ondes uniques qui minimise le bruit d’obscurité tout en proposant une efficacité élevée. Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin. Pour ce faire, l’invention concerne, sous l’un de ses aspects, un dispositif de détection d'un photon micro-onde unique comprenant : - un nombre N supérieur ou égal à 2 de bits quantiques Q 1 , …, Q N à deux niveaux énergétiques dont l’état fondamental et un état excité sont contrôlables et détectables, la transition entre les états fondamental et excité de chaque bit quantique Q i ayant une fréquence f q,i pour i compris entre 1 et N inclus, - un résonateur d’entrée R 1 configuré pour recevoir un photon micro-onde unique incident et ayant une fréquence f r,1 , le résonateur d’entrée étant couplé à un premier bit quantique Q 1 des N bits quantiques, - un résonateur de sortie R N+1 configuré pour évacuer un photon de sortie et ayant une fréquence f r,N+1 , le résonateur de sortie étant couplé à un N-ième bit quantique Q N des N bits quantiques, - un nombre (N-1) de résonateurs bus R j configurés pour transmettre un photon intermédiaire du bit quantique Q j-1 au bit quantique Q j et ayant chacun une fréquence f r,j , pour j compris entre 2 et N inclus, - un nombre N de systèmes de lecture chacun couplé à l’un des N bits quantiques de sorte à détecter l’état dudit bit quantique, - un nombre N de lignes de transmission de pompage paramétrique chacune configurée pour transmettre un ton de pompe à l’un des N bits quantiques et/ou à l’un des résonateurs d’entrée, de sortie ou bus, de sorte qu’un photon d’un résonateur d’entrée ou bus R i et un ton de pompe de fréquence f p,i = f q,i + f r,i+1 – f r,i puissent être convertis en une excitation du bit quantique Q i et un photon du résonateur bus ou de sortie R i+1 , pour i compris entre 1 et N inclus. Le dispositif de détection est ainsi configuré pour convertir un photon du résonateur R i et un ton de pompe de fréquence f p,i en une excitation du bit quantique Q i et un photon du résonateur R i+1 , pour i compris entre 1 et N inclus. Le processus de conversion est connu en soi. Il est activé par la combinaison du photon du résonateur R i et du ton de pompe de fréquence f p,i et consiste en une interaction modulable à quatre ondes. Le ton de pompe de fréquence f p,i est de préférence appliqué au bit quantique Q i mais peut également être appliqué au résonateur R i ou au résonateur R i+1 . De préférence, le dispositif de détection est configuré de sorte que la conversion du photon du résonateur R N en une excitation du bit quantique Q N ait un taux de transfert Γ N inférieur ou égal au taux de dissipation κ w du résonateur de sortie R N+1 . Le photon incident peut être transmis au résonateur d’entrée par une ligne de transmission couplée à ce résonateur. Le photon de sortie du résonateur de sortie peut être évacué par une ligne de transmission couplée à ce résonateur. La fréquence du photon incident peut être comprise entre 1 et 20 GHz. En particulier, elle peut être comprise entre 4 et 8 GHz. Le dispositif de détection est de préférence opéré à une température cryogénique inférieure à 1 K, de préférence inférieure à 20 mK, notamment de l’ordre de 10 mK. Les bits quantiques sont de préférence supraconducteurs. Grâce au dispositif de détection selon l’invention, le bruit d’obscurité est fortement réduit. En effet, la redondance due à l’utilisation d’une pluralité de bits quantiques permet de limiter les faux positifs provoqués par une excitation indésirée des bits quantiques. L’impact d’un photon incident sur le dispositif de détection déclenche une cascade d’excitation des bits quantiques. Par conséquent, la détection d’un photon n’est comptabilisée que lorsque plusieurs au moins des bits quantiques sont mesurés simultanément dans leur état excité. Un événement qui ne déclencherait l’excitation que d’un bit quantique ou d’une minorité de bits quantiques peut donc être identifié comme du bruit d’obscurité et écarté. Par ailleurs, lorsque l’environnement du dispositif de détection n’est pas suffisamment refroidi, il peut être peuplé de photons thermiques qui peuvent provoquer un comptage erroné et donc générer un bruit d’obscurité. Comme on le verra par la suite, le dispositif de détection selon l’invention permet un ajustement dynamique de sa bande passante à la fréquence du signal à mesurer. Cela réduit de manière considérable le bruit d’obscurité thermique. Selon une caractéristique avantageuse, les N bits quantiques sont des bits quantiques supraconducteurs de type transmon. Selon une autre caractéristique avantageuse, chaque système de lecture comprend un résonateur. De préférence, le système de lecture couplé au N-ième bit quantique Q N comprend le résonateur de sortie R N+1 . Il n’est alors pas nécessaire de coupler un résonateur de lecture spécifique au dernier bit quantique Q N puisque le résonateur de sortie R N+1 permet de réaliser la lecture de l’état du qubit. Alternativement, le système de lecture couplé au N-ième bit quantique Q N est distinct du résonateur de sortie R N+1 . Avantageusement, le résonateur d’entrée, le résonateur de sortie et les résonateurs bus sont des résonateurs micro-ondes supraconducteurs. Selon une caractéristique avantageuse, le résonateur d’entrée est couplé à une source de photons micro-ondes et le résonateur de sortie est couplé à un environnement dissipatif adapté pour dissiper un photon micro-onde. Avantageusement, le résonateur d’entrée comporte un dispositif SQUID configuré pour accorder la fréquence du résonateur d’entrée. L’invention concerne encore un procédé de détection d’un photon micro-onde unique mis en œuvre au moyen d’un dispositif de détection tel que décrit ci-dessus, comprenant les étapes consistant à : a/ appliquer à chaque bit quantique Q i un ton de pompe de fréquence f p,i = f q,i + f r,i+1 – f r,i , pour i compris entre 1 et N inclus ; b/ mesurer l’état de chaque bit quantique Q i . Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif de détection comprend un nombre impair de bits quantiques et le procédé comporte, après l’étape b/, une étape c/ de détection dans laquelle on détermine si au moins une majorité (N+1)/2 des bits quantiques est mesurée dans l’état excité, auquel cas un événement de détection est comptabilisé. Alternativement, le procédé comporte, après l’étape b/, une étape c1/ de détection dans laquelle on détermine si tous les bits quantiques sont mesurés dans l’état excité, auquel cas un événement de détection est comptabilisé. Selon une caractéristique avantageuse, le procédé comporte, préalablement à l’étape a/, une étape a0/ d’ajustement de la bande passante du dispositif de détection dans laquelle l’amplitude A i des tons de pompe de fréquence f p,i est déterminée de sorte à ajuster ladite bande passante à une valeur désirée. En ajustant l’amplitude des tons de pompe, il est possible d’ajuster la bande passante du dispositif de détection. L’adaptation bien choisie de la bande passante du dispositif à la fréquence des photons à détecter permet de réduire fortement le bruit d’obscurité thermique. De préférence, les amplitudes A i des tons de pompe sont choisies de sorte que les taux de transfert Γ i de photons dans les résonateurs R i soient tous égaux à une même valeur Γ. La bande passante du dispositif est alors déterminée par la valeur de Γ. Ainsi, pour détecter un photon micro-onde incident, ce dernier est dans un premier temps reçu dans le résonateur d’entrée du dispositif de détection. En combinaison avec l’application d’un pompage paramétrique, le photon incident est converti en une excitation du premier bit quantique et un photon dans le résonateur bus couplé au premier bit quantique. Ce photon intermédiaire, en combinaison avec l’application du pompage paramétrique, est lui-même converti en une excitation du bit quantique suivant et un photon. De la même façon, l’ensemble des bits quantiques du dispositif de détection est excité. Une étape de lecture de l’état des bits quantiques permet ensuite de confirmer la détection d’un photon incident. FIG. 1 La FIG. 1 représente un dispositif de détection de photons micro-ondes uniques selon l’art antérieur. FIG. 2 La FIG. 2 représente un mode de réalisation d’un dispositif de détection de photons micro-ondes uniques selon l’invention. FIG. 3 La FIG. 3 représente un deuxième mode de réalisation d’un dispositif de détection de photons micro-ondes uniques selon l’invention. FIG. 4 La FIG. 4 est un graphique illustrant la probabilité de détection d’une excitation du premier bit quantique du dispositif de la FIG. 3 en présence d’un signal de sonde. FIG. 5 La FIG. 5 est un graphique illustrant la probabilité de détection d’une excitation du premier bit quantique du dispositif de la FIG. 3 en l’absence d’un signal de sonde. FIG. 6 La FIG. 6 est un graphique illustrant la probabilité de détection d’une excitation du deuxième bit quantique du dispositif de la FIG. 3 en présence d’un signal de sonde. FIG. 7 La FIG. 7 est un graphique illustrant la probabilité de détection d’une excitation du deuxième bit quantique du dispositif de la FIG. 3 en l’absence d’un signal de sonde. FIG. 8 La FIG. 8 est un graphique illustrant la probabilité d’une détection simultanée d’une excitation des premier et deuxième bits quantiques du dispositif de la FIG. 3 en présence d’un signal de sonde. FIG. 9 La FIG. 9 est un graphique illustrant la probabilité d’une détection simultanée d’une excitation des premier et deuxième bits quantiques du dispositif de la FIG. 3 en l’absence d’un signal de sonde. FIG. 10 La FIG. 10 illustre la réponse des bits quantiques du dispositif de la FIG. 3 à un premier flux de photons. FIG. 11 La FIG. 11 illustre la réponse des bits quantiques du dispositif de la FIG. 3 à un deuxième flux de photons. FIG. 12 La FIG. 12 illustre la réponse des bits quantiques du dispositif de la FIG. 3 à un troisième flux de photons. FIG. 13 La FIG. 13 représente un troisième mode de réalisation d’un dispositif de détection selon l’invention. Description détaillée La FIG. 1 a été décrite en préambule et ne sera pas commentée ci-après. Par souci de clarté, les mêmes éléments d’un dispositif de détection de photons micro-ondes uniques selon l’état de l’art et d’un dispositif de détection selon l’invention sont désignés par les mêmes références numériques. On a illustré à la FIG. 2 un premier mode de réalisation d’un dispositif 100 de détection de photons micro-ondes uniques selon l’invention, comportant N bits quantiques. Le dispositif 100 tel qu’illustré comporte tout d’abord une ligne de transmission 16 de photon qui est configurée pour transmettre des photons micro-ondes incidents 2 uniques vers un résonateur d’entrée R 1 . La ligne de transmission 16 est couplée au résonateur d’entrée R 1 avec un taux κ b . A titre d’exemple, κ b /(2π) peut être de l’ordre de 1 MHz. La ligne de transmission 16 peut notamment coupler une source de photons micro-ondes au résonateur d’entrée R 1 . Le résonateur d’entrée R 1 est couplé à un premier bit quantique Q 1 du dispositif. Le dispositif 100 comporte encore une ligne de transmission 20 configurée pour transmettre un ton de pompe 4 au bit quantique Q 1 . Le ton de pompe 4 génère un pompage paramétrique dont la fréquence est déterminée pour permettre un mélange à quatre ondes faisant transitionner le bit quantique dans son état excité. Un résonateur de lecture 10 est également couplé au bit quantique Q 1 . Le résonateur de lecture 10 est configuré pour permettre la lecture, ou mesure, de l’état du bit quantique Q 1 lorsqu’un signal de lecture est transmis dans ce résonateur. Le premier bit quantique Q 1 est couplé à un bit quantique successif Q i par l’intermédiaire d’un résonateur bus R i configuré pour transmettre un photon intermédiaire 5 du bit quantique Q 1 au bit quantique Q i . Le dispositif 100 peut comporter un ou plusieurs bits quantiques intermédiaires, chaque bit quantique Q i étant couplé au bit quantique suivant Q i+1 par un résonateur bus R i +1 . Chaque bit quantique Q i est également couplé à une ligne de transmission 20 permettant la transmission d’un ton de pompe 4 au bit quantique Q i et à un résonateur de lecture 10 permettant de lire l’état du bit quantique Q i . Le bit quantique Q N-1 , soit le dernier des bits quantiques Q i intermédiaires, est couplé au N-ième bit quantique Q N par un résonateur bus R N . Les N bits quantiques du dispositif sont ainsi connectés en série par les résonateurs bus. Le N-ième bit quantique Q N est couplé à une ligne de transmission 20 permettant la transmission d’un ton de pompe 4 au bit quantique Q N ainsi qu’à un résonateur de lecture 10. Il est également couplé à un résonateur de sortie R N+1 configuré pour transmettre un photon de sortie 3 à une ligne de transmission 18 de sortie. Le résonateur de sortie R N+1 est couplé à la ligne de transmission 18 de sortie avec un taux de dissipation κ w . Un taux de dissipation élevé par rapport au taux de transfert Γ, par exemple un taux κ w /(2π) de l’ordre de 3 MHz pour un taux de conversion de l’ordre de 200 kHz, rend le résonateur de sortie fortement dissipatif, ce qui permet de transmettre rapidement le photon créé dans le résonateur de sortie R N+1 à la ligne de transmission 18 de sortie. Le processus de conversion inverse, qui ferait disparaître le signal de détection, est ainsi évité. La ligne de transmission 18 peut notamment coupler le résonateur de sortie R N+1 à un environnement dissipatif. L’environnement dissipatif permet de dissiper le photon de sortie et peut en particulier être une charge froide, telle qu’un objet refroidi à une température cryogénique. Les résonateurs d’entrée, de sortie, de lecture et bus peuvent notamment être des résonateurs micro-onde supraconducteurs. Les bits quantiques Q 1 , …, Q N peuvent notamment être des transmons. Dans le cadre de l’invention, une ligne de transmission peut notamment être un guide d’onde coplanaire en particulier réalisé en un métal supraconducteur. Les couplages entre deux éléments du dispositif de détection sont de préférence des couplages capacitifs. Le résonateur de sortie R N+1 peut avantageusement être utilisé en tant que résonateur de lecture, auquel cas il n’est pas nécessaire de disposer un résonateur de lecture spécifique pour le dernier bit quantique Q N . De manière particulièrement avantageuse, l’amplitude A i du ton de pompe de fréquence f p,i appliqué au bit quantique Q i peut être ajustée. En effet, la bande passante du dispositif de détection selon l’invention peut être modifiée de façon dynamique lorsque les amplitudes A i des tons de pompe sont modifiées. Il est ainsi possible d’ajuster la largeur de la bande passante de sorte à intégrer plus ou moins de signal d’entrée. Cela permet notamment de maîtriser le rapport signal sur bruit du signal d’entrée. Les amplitudes A i des tons de pompe peuvent donc être déterminées de sorte à permettre l’excitation des bits quantiques et à sélectionner une bande passante. Le Hamiltonien de couplage à quatre ondes du dispositif, lorsque les pompes sont appliquées aux fréquences de mélange à quatre ondes, est où r i et q i sont respectivement les opérateurs quantiques de destruction associés au résonateur R i et au qubit Q i , r i † et q i † sont respectivement les opérateurs quantiques de création associés au résonateur R i et au qubit Q i , A i est l’amplitude de la pompe appliqué au qubit Q i et g i est le taux de mélange à quatre ondes associé au qubit Q i . Le taux de mélange à quatre ondes g i dépend du couplage entre les composants du dispositif selon la relation où χ j i est le décalage dispersif entre le qubit Q i et le résonateur R j . Le taux de transfert d’un photon dans chacun des résonateurs peut être calculé à partir de cet Hamiltonien. L’amplitude de pompe appliquée sur le qubit Q i permet d’ajuster les taux de transfert Γ i , Γ i+1 d’un photon respectivement dans les résonateurs R i et R i+1 selon la relation : Dans le cas du résonateur d’entrée R 1 et du résonateur de sortie R N+1 , cette relation devient respectivement : et De préférence, pour obtenir une transmission optimale du photon dans la série de résonateurs, on ajuste les amplitudes de pompe A i de sorte que les taux de transfert Γ 2 , …, Γ N soient tous égaux à une valeur Γ. Le taux de transfert et la bande passante du dispositif sont alors déterminés par Γ et l’efficacité théorique du dispositif est de 1. De préférence, pour un fonctionnement optimal du dispositif, les décalages dispersifs du dispositif sont déterminés de sorte que, pour i compris entre 1 et N inclus : On choisit par exemple une valeur de g i 2 supérieure à 5 fois, 10 fois ou 20 fois la valeur de Γ. La valeur de Γ peut être ajustée tout en gardant une efficacité théorique de 1 tant que la relation Γ b , κ w ) est respectée. Des techniques standard peuvent être mises en œuvre pour la fabrication d’un dispositif de détection selon l’invention. Le dispositif 100, 100’ peut être fabriqué sur une plaque de silicium d’une épaisseur de quelques centaines de micromètres couverte d’une couche de niobium d’une épaisseur de l’ordre de 100 nm. Les bits quantiques et les résonateurs d’entrée, de sortie et bus peuvent être réalisés par lithographie sur la couche de niobium. Les longueurs des résonateurs sont choisies en fonction des fréquences souhaitées. Une détection d’un photon micro-onde unique au moyen du dispositif de détection selon l’invention se déroule de la façon suivante. Tout d’abord, un photon micro-onde incident 2 est reçu dans le résonateur d’entrée R 1 de fréquence f r, 1 . La réception se fait avec un taux κ b . Le photon incident 2 pourra être détecté si sa fréquence se trouve dans l’intervalle (f r, 1 ± Γ 1 /2). Le photon incident 2 est ensuite transmis au bit quantique Q 1 . Il est converti avec un taux Γ 1 en une excitation du bit quantique et un photon intermédiaire 5 du résonateur bus R 2 grâce au pompage paramétrique du bit quantique Q 1 . Le photon intermédiaire 5 du résonateur bus R 2 est transmis au bit quantique suivant Q 2 et le même processus de conversion se répète. Pour un bit quantique Q i du dispositif où i est compris entre 2 et N-1 inclus, le photon émis dans le résonateur bus R i est converti avec un taux Γ i en une excitation du bit quantique Q i et un photon intermédiaire 5 du résonateur bus R i +1 . Le photon intermédiaire 5 du résonateur bus R N est converti avec un taux Γ N en une excitation du bit quantique Q N et un photon de sortie 3 du résonateur de sortie R N+1 . L’état fondamental et l’état excité d’un bit quantique Q i du dispositif sont séparés par une énergie f q,i . h où h est la constante de Planck. Pour i compris entre 1 et (N+1) inclus, un résonateur d’entrée, de sortie ou bus R i du dispositif a une fréquence f r, i . De préférence, le taux de dissipation κ w du résonateur de sortie R N+1 est supérieur au taux de transfert Γ N . Cela permet de transmettre rapidement le photon de sortie 3 vers la ligne de transmission 18 et donc d’inhiber efficacement le processus inverse de conversion de photon qui ferait transitionner le bit quantique Q N de l’état excité à l’état fondamental. L’état de chaque bit quantique est déterminé par une lecture de ce bit quantique par le résonateur de lecture 10 associé. L’étape de lecture des bits quantiques peut être effectuée en parallèle aux étapes de réception et de conversion des photons ou après ces étapes. Dans ce dernier cas, l’étape de lecture peut être réalisée en l’absence de pompage paramétrique, ce qui permet d’utiliser le résonateur de sortie 14 comme un résonateur de lecture. Une étape de réinitialisation des bits quantiques dans leur état fondamental peut être réalisée après la lecture de leur état afin de préparer le dispositif à la réception d’un nouveau photon incident 2. La réinitialisation des bits quantiques peut être réalisée par l’excitation des résonateurs bus avec une impulsion micro-onde choisie pour permettre la conversion de l’excitation d’un bit quantique en un photon propageant. De préférence, la fréquence de pompage est choisie pour que l’excitation d’un bit quantique et l’impulsion sur le résonateur bus associé soient converties en un photon du résonateur de lecture associé. La réinitialisation des bits quantiques peut également se faire en appliquant une impulsion micro-onde sur chaque bit quantique à réinitialiser par la ligne de transmission de pompage paramétrique, cette impulsion étant déterminée de sorte à ramener le bit quantique de son état excité à son état fondamental. Il est également possible d’attendre la relaxation naturelle des bits quantiques, bien que les taux de transfert d’une réinitialisation active soient bien plus élevés que les taux de relaxation des bits quantiques. Ainsi, un photon incident 2 arrivant dans le dispositif de détection 100 engendre l’excitation de N qubits successifs plutôt que celle d’un seul qubit. Selon une première alternative, la détection d’un photon incident est comptabilisée lorsque les N bits quantiques sont mesurés dans leur état excité. Comme les événements d’excitation spontanée des bits quantiques sont indépendants, la probabilité de détecter un faux positif correspond à la probabilité de mesurer simultanément les N bits quantiques dans leur état excité, c’est-à-dire à une probabilité p th N où p th représente la probabilité d’une excitation spontanée d’un bit quantique. Le bruit d’obscurité est donc fortement réduit par rapport à un dispositif de détection de l’art antérieur. De manière avantageuse, un procédé de détection d’un photon incident plus sophistiqué peut être mis en œuvre afin de minimiser l’inefficacité du dispositif de détection, c’est-à-dire les faux négatifs correspondant à la probabilité de ne pas comptabiliser un événement lorsqu’un photon incident 2 parvient au dispositif de détection. Le principal processus contribuant à l’inefficacité du dispositif est la désexcitation spontanée d’un bit quantique. Ces événements sont indépendants pour chacun des bits quantiques. On note la probabilité d’une désexcitation spontanée d’un bit quantique. La probabilité d’avoir au moins une désexcitation spontanée parmi les N bits quantiques est alors pour . Cette probabilité augmente donc significativement avec le nombre de bits quantiques. Pour un nombre N impair, un procédé de détection avantageux consiste à ne comptabiliser une détection que si une majorité de bits quantiques sont mesurés dans leur état excité. Pour un nombre N pair supérieur à 3, on peut ne comptabiliser une détection que si une moitié N/2 ou une majorité N/2 + 1 des bits quantiques sont mesurés dans leur état excité. On ne se limite donc pas au cas où tous les bits quantiques sont mesurés dans leur état excité. De cette manière, les probabilités de faux positifs et de faux négatifs peuvent toutes les deux être gardées arbitrairement faibles : pour N impair, la probabilité de détecter un faux positif sera de l’ordre de et celle de détecter un faux négatif sera de l’ordre de . A titre d’exemple, pour N=3, la probabilité de comptabiliser une détection à la majorité des qubits lorsqu’un photon incident est transmis au détecteur est de , soit lorsque η tend vers 1, contre pour une détection à l’intégralité des qubits, soit lorsque η tend vers 1. La détection à la majorité des qubits améliore donc significativement l’efficacité du dispositif de détection. Pour N=3 toujours, la probabilité de comptabiliser une détection à la majorité des qubits lorsqu’aucun photon incident n’est transmis au détecteur est de , soit lorsque η tend vers 1, contre pour une détection à la totalité des qubits. La probabilité d’excitation spontanée p th d’un bit quantique est typiquement de l’ordre de 10 -3 à 10 -4 . En pratique, il n’est donc pas nécessaire d’atteindre une probabilité de p th 3 de sorte à réduire la probabilité de comptabiliser une détection en l’absence de photon incident. Une probabilité de l’ordre de 3p th ² offre des performances satisfaisantes. La détection à la majorité des qubits garde donc de bonnes performances au regard du bruit d’obscurité. De manière avantageuse, la mise en œuvre d’une détection à la majorité des qubits rend le dispositif de détection plus facile à opérer. En effet, la détection est alors plus robuste à la désexcitation spontanée ou à l’excitation thermique d’un bit quantique individuel que lors d’une détection à l’intégralité des bits quantiques. Il est possible de relaxer en partie certaines contraintes de fonctionnement du dispositif susceptibles d’augmenter la probabilité de désexcitation spontanée sans pour autant impacter la bonne opération du dispositif de détection. D’autres procédés de détection peuvent être envisagés. En particulier, lorsque tous les bits quantiques ne sont pas identiques et que certains offrent de meilleures performances en ce qui concerne le bruit d’obscurité ou les faux négatifs, une pondération plus importante peut être placée sur ces bits quantiques par rapport aux autres. La FIG. 3 illustre un deuxième mode de réalisation d’un dispositif 100’ de détection de photons micro-ondes uniques selon l’invention. Dans cet exemple, le dispositif 100’ comporte deux bits quantiques Q 1 , Q 2 . Le résonateur d’entrée R 1 est couplé au bit quantique Q 1 et le résonateur de sortie R 3 est couplé au bit quantique Q 2 . Le résonateur de sortie R 3 est également utilisé en tant que résonateur de lecture pour lire l’état du bit quantique Q 2 . Le résonateur de lecture 10 permet de lire l’état du bit quantique Q 1 . Un résonateur bus R 2 relie le bit quantique Q 1 au bit quantique Q 2 . La présence d’un photon incident dans le résonateur d’entrée R 1 et l’application d’un ton de pompe 4 au premier bit quantique Q 1 permet de convertir le photon incident et le ton de pompe en une excitation du bit quantique Q 1 et un photon intermédiaire du résonateur bus R 2 . De même, la présence d’un photon intermédiaire dans le résonateur bus R 2 et l’application d’un ton de pompe 4 au deuxième bit quantique Q 2 permet de convertir le photon intermédiaire et le ton de pompe en une excitation du bit quantique Q 2 et un photon de sortie du résonateur de sortie R 3 . La lecture de l’état des bits quantiques permet de déterminer si un événement de détection doit être comptabilisé ou non. Si les deux bits quantiques sont mesurés dans leur état excité, un événement de détection est comptabilisé. Les figures 4 à 9 sont des graphiques illustrant des mesures obtenues avec un dispositif tel que le dispositif 100’ représenté à la FIG. 3 . Dans cet exemple, la fréquence du signal de sonde appliqué à l’entrée du dispositif de détection est de 9 GHz. L’amplitude du signal de sonde et celle des tons de pompe est fixe. Le dispositif de détection possède une efficacité η de 20 %. Cette efficacité est deux fois plus faible que celle typique d’un dispositif de détection à un seul bit quantique en raison des erreurs des deux bits quantiques qui s’additionnent. Un ton de pompe est appliqué à chacun des deux bits quantiques. Les fréquences des tons de pompe des deux bits quantiques sont balayées individuellement sur un intervalle de fréquence. Pour chaque couple de fréquences de pompe (f p,1 , f p,2 ), soit (ω 1 /(2π), ω 2 /(2π)), la probabilité qu’un signal soit effectivement détecté sur l’un ou l’autre des bits quantiques est mesurée d’une part lorsqu’un signal de sonde est envoyé dans le résonateur d’entrée, et d’autre part lorsqu’aucun signal de sonde n’est envoyé. Pour chacune des figures 4 à 9, la fréquence f p,2 du ton de pompe du deuxième bit quantique Q 2 est représentée en abscisse et la fréquence f p,1 du ton de pompe du premier bit quantique Q 1 est représentée en ordonnée. La FIG. 4 représente la probabilité de détecter un signal sur le premier bit quantique Q 1 lorsqu’un signal de sonde est effectivement envoyé. On constate que cette probabilité est élevée, de l’ordre de 0,25, autour d’une fréquence f p,1 déterminée, qui est celle réalisant la condition f p,1 = f q,1 + f r, 2 - f r,1 . Les fréquences f q,1 , f r, 1 et f r, 2 sont en effet constantes au cours de la mesure : le mélange à quatre ondes permettant la conversion du photon incident n’est donc permis que pour cette fréquence f p,1 déterminée. On remarque que la fréquence f p,2 du ton de pompe du deuxième bit quantique n’a pas d’effet sur le processus de détection du premier bit quantique. La FIG. 5 représente la probabilité de détecter un signal sur le premier bit quantique Q 1 lorsqu’aucun signal de sonde n’est envoyé. On constate que cette probabilité est uniformément faible, de l’ordre de 3.10 -3 . Un bruit légèrement supérieur est observé autour de la fréquence f p,1 réalisant la condition f p,1 = f q,1 + f r,0 - f r,1 . Cela est dû à des faux positifs du premier bit quantique provoqués par le bruit thermique dans le résonateur d’entrée. La FIG. 6 représente la probabilité de détecter un signal sur le deuxième bit quantique Q 2 lorsqu’un signal de sonde est effectivement envoyé. Une détection sur le deuxième bit quantique Q 2 n’est autorisée qu’en présence d’un photon dans le résonateur bus couplant les deux bits quantiques, c’est-à-dire lorsqu’une détection est réalisée sur le premier bit quantique Q 1 . La zone de probabilité élevée a donc une forme de tache résultant d’un croisement entre la ligne visible sur la FIG. 4 et une ligne verticale correspondant à la fréquence f p,2 réalisant la condition f p,2 = f q,2 + f r, 3 - f r,2 . Cette zone représente l’espace optimal de fonctionnement du dispositif de détection. La FIG. 7 représente la probabilité de détecter un signal sur le deuxième bit quantique Q 2 lorsqu’aucun signal de sonde n’est envoyé. On constate que le bruit du deuxième bit quantique est relativement important et comporte des zones où le bruit est plus marqué. La FIG. 8 représente la probabilité de détecter un signal à la fois sur le premier bit quantique Q 1 et sur le deuxième bit quantique Q 2 lorsqu’un signal de sonde est effectivement envoyé. Ce résultat correspond à l’espace fréquentiel dans lesquels les conditions de mélange à quatre ondes sont vérifiées sur les deux bits quantiques. La FIG. 9 représente la probabilité de détecter un signal à la fois sur le premier bit quantique Q 1 et sur le deuxième bit quantique Q 2 lorsqu’aucun signal de sonde n’est envoyé. On constate que cette probabilité est beaucoup plus faible que celle de détecter individuellement un signal sur le premier ou sur le deuxième bit quantique. Les zones de probabilité relativement plus élevée (de l’ordre de 10 -4 ) au centre du graphique sont dues au bruit d’obscurité provoqué par le bruit thermique résiduel. Les zones de probabilité relativement plus faible (de l’ordre de 10 -6 ) dans les coins du graphique représentent le bruit intrinsèque du dispositif, soit le bruit d’obscurité lorsque l’efficacité du détecteur est nulle. Les figures 10 à 12 représentent la réponse des bits quantiques du même dispositif de détection à trois flux différents de photons incidents sur un intervalle de temps d’une seconde. A la FIG. 10 , aucun flux de photon n’est envoyé au dispositif. A la FIG. 11 , un flux de 11 photons par seconde est envoyé au dispositif. A la FIG. 12 , un flux de 46 photons par seconde est envoyé au dispositif. Les lignes verticales représentent les événements de détection respectivement sur le premier bit quantique Q 1 , sur le deuxième bit quantique Q 2 et les événements de détection simultanés pour les deux bits quantiques Q 1 et Q 2 . On constate que le bruit d’obscurité est très faible lorsque l’on considère les deux bits quantiques simultanément (on mesure 4 faux positifs par seconde) en comparaison au bruit d’obscurité mesuré individuellement sur chacun des deux bits quantiques. D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention. En particulier, le dispositif de détection selon l’invention peut également comprendre des moyens de filtrage et/ou d’accord de la fréquence de résonance du résonateur d’entrée et/ou des résonateurs bus et/ou du résonateur de sortie. En particulier, comme représenté dans le mode de réalisation de la FIG. 13 , le dispositif de détection peut comporter un dispositif SQUID intégré au résonateur d’entrée R 1 de sorte à permettre d’accorder la fréquence de ce résonateur. Un dispositif SQUID comporte deux jonctions Josephson agencées en parallèle. En induisant un champ magnétique dans le SQUID, l’inductance du résonateur d’entrée R 1 peut être réglée, ce qui permet de faire varier sa fréquence. Pour induire le champ magnétique dans le SQUID 11, un courant est acheminé à proximité de ce dernier dans une ligne de flux rapide, c’est-à-dire une ligne de transmission court-circuitée à la masse par une boucle. Dispositif (100, 100’) de détection d'un photon micro-onde unique (2) comprenant : - un nombre N supérieur ou égal à 2 de bits quantiques (Q 1 , …, Q N ) à deux niveaux énergétiques dont l’état fondamental et un état excité sont contrôlables et détectables, la transition entre les états fondamental et excité de chaque bit quantique Q i ayant une fréquence f q,i pour i compris entre 1 et N inclus, - un résonateur d’entrée (R 1 ) configuré pour recevoir un photon micro-onde unique incident (2) et ayant une fréquence f r,1 , le résonateur d’entrée étant couplé à un premier bit quantique Q 1 des N bits quantiques, - un résonateur de sortie (R N+1 ) configuré pour évacuer un photon de sortie (3) et ayant une fréquence f r,N+1 , le résonateur de sortie étant couplé à un N-ième bit quantique Q N des N bits quantiques, - un nombre (N-1) de résonateurs bus R j configurés pour transmettre un photon intermédiaire du bit quantique Q j-1 au bit quantique Q j et ayant chacun une fréquence f r,j , pour j compris entre 2 et N inclus, - un nombre N de systèmes de lecture (10) chacun couplé à l’un des N bits quantiques de sorte à détecter l’état dudit bit quantique, - un nombre N de lignes de transmission de pompage paramétrique (20) chacune configurée pour transmettre un ton de pompe à l’un des N bits quantiques et/ou à l’un des résonateurs d’entrée, de sortie ou bus, de sorte qu’un photon d’un résonateur d’entrée ou bus R i et un ton de pompe de fréquence f p,i = f q,i + f r,i+1 – f r,i puissent être convertis en une excitation du bit quantique Q i et un photon du résonateur bus ou de sortie R i+1 , pour i compris entre 1 et N inclus. Dispositif de détection selon la revendication 1, les N bits quantiques étant des bits quantiques supraconducteurs de type transmon. Dispositif de détection selon l’une des revendications précédentes, chaque système de lecture comprenant un résonateur. Dispositif de détection selon l’une des revendications précédentes, le système de lecture couplé au N-ième bit quantique Q N comprenant le résonateur de sortie R N+1 . Dispositif de détection selon l’une des revendications précédentes, le résonateur d’entrée, le résonateur de sortie et les résonateurs bus étant des résonateurs micro-ondes supraconducteurs. Dispositif de détection selon l’une des revendications précédentes, le résonateur d’entrée étant couplé à une source de photons micro-ondes et le résonateur de sortie étant couplé à un environnement dissipatif adapté pour dissiper un photon micro-onde Dispositif de détection selon l’une des revendications précédentes, le résonateur d’entrée comportant un dispositif SQUID (11) configuré pour accorder la fréquence du résonateur d’entrée. Procédé de détection d’un photon micro-onde unique mis en œuvre au moyen d’un dispositif de détection (100, 100’) selon l’une des revendications précédentes, comprenant les étapes consistant à : a/ appliquer à chaque bit quantique Q i un ton de pompe de fréquence f p,i = f q,i + f r,i+1 – f r,i , pour i compris entre 1 et N inclus ; b/ mesurer l’état de chaque bit quantique Q i . Procédé de détection selon la revendication précédente, le dispositif de détection comprenant un nombre impair de bits quantiques, le procédé comportant, après l’étape b/, une étape c/ de détection dans laquelle on détermine si au moins une majorité (N+1)/2 des bits quantiques est mesurée dans l’état excité, auquel cas un événement de détection est comptabilisé. Procédé de détection selon la revendication 8, le procédé comportant, après l’étape b/, une étape c1/ de détection dans laquelle on détermine si tous les bits quantiques sont mesurés dans l’état excité, auquel cas un événement de détection est comptabilisé. Procédé de détection selon l’une des revendications 8 à 10, comportant, préalablement à l’étape a/, une étape a0/ d’ajustement de la bande passante du dispositif de détection dans laquelle l’amplitude A i des tons de pompe de fréquence f p,i est déterminée de sorte à ajuster ladite bande passante à une valeur désirée.