Circuits neuromorphiques CMOS-OXRAM cryogéniques avec interconnexions supraconductrices

Description du projet

Contexte : 
Une avancée en informatique quantique est la démonstration de systèmes comportant plus de 50 qubits supraconducteurs, montrant pour la première fois la suprématie quantique. D'autres technologies de qubits très prometteuses incluent les qubits de spin basés sur des boites quantiques (BQ) sur Si ou Ge. Elles tirent partie de la maturité des technologies CMOS pour offrir des dispositifs quantiques peu coûteux et hautement évolutifs. Des centres de recherche comme CEA, QuTech et Intel ont commencé à démontrer de qubits de spin de haute qualité basés sur des technologies CMOS avancées. Cependant, la calibration et le contrôle des BQ sont encore réalisés à la main avec une électronique classique encombrante située à l'extérieur du cryostat. L'absence de cryo-électronique entièrement intégrée capable de calibrer automatiquement les BQ rend actuellement impossible la construction d'un ordinateur quantique à grande échelle en raison du « goulot d'étranglement » du câblage entre les dispositifs quantiques et l'électronique de contrôle. Dans ce contexte, un consortium 3IT-1QBit composé de 10 chercheurs et ingénieurs de classe mondiale au Canada lance un ambitieux projet de recherche visant à résoudre ce problème.  

Sujet : 
Le projet vise à étudier des circuits neuromorphiques compatibles avec les conditions cryogéniques, basés sur des memristors TiO2 (c'est-à-dire OxRAM) et des circuits CMOS interconnectés avec des matériaux supraconducteurs. Cette puce CMOS-OxRAM permettra d'implémenter des méthodes de calibration automatique de BQ en utilisant des réseaux neuronaux de faible puissance directement situés dans le cryostat. La personne recrutée sera en charge de la fabrication de circuits CMOS-OxRAM avec des interconnexions supraconductrices et de la démonstration de calcul en mémoire en conditions cryogéniques. Ce projet s'appuiera sur les travaux suivants du groupe du Pr. Dominique Drouin au 3IT :
• Fully CMOS-compatible passive TiO2-based memristor crossbars for in-memory computing - ScienceDirect
• Investigation of resistive switching and transport mechanisms of Al2O3/TiO2−x memristors under cryogenic conditions (1.5 K): AIP Advances: Vol 10, No 2 (scitation.org)
• Miniaturizing neural networks for charge state autotuning in quantum dots - IOPscience

Soutenue par l'expertise du 3IT, de 1QBit et de l’IQ, la personne recrutée devra (i) fabriquer des memristors TiO2 sur des circuits CMOS avec des interconnexions supraconductrices, (ii) effectuer les caractérisations physico-chimiques et morphologiques des circuits CMOS-OxRAM afin de valider leur qualité, (iii) conduire des caractérisations électriques des circuits CMOS-OxRAM à température ambiante et cryogénique dans le Quantum Fab Lab de l'IQ, (iv) étudier les avantages apportés par les interconnexions supraconductrices en ce qui concerne le comportement et la précision de programmation des memristors, (v) démontrer le calcul en mémoire avec un réseau de 8×8 memristors à T° ambiante et cryogénique et comparer les performances obtenues.

Environnement de travail : 
Le projet sera réalisé sous la co-direction des Professeurs Dominique Drouin et Serge Ecoffey au sein de L’IRT-LN2, un « International Research Laboratory » du CNRS. Pr. Fabien Alibart et Pr. Yann Beilliard participeront à l’encadrement en nanofabrication et ingénierie neuromorphique. Le travail sera effectué principalement à l’Institut Interdisciplinaire d’Innovation Technologique (3IT) et à l’Institut Quantique (IQ) de l’UdeS, en collaboration étroite avec l’entreprise 1QBit. Le 3IT est un institut unique au Canada, spécialisé dans la recherche et le développement de technologies innovantes pour l’énergie, l’électronique, la robotique et la santé. L’IQ est un institut de pointe ayant pour mission d’inventer les technologies quantiques de demain et de les transférer en milieu industriel. 1QBit est un leader canadien dans le domaine du CQ, de l’IA et de l'informatique de haute performance. Son équipe multidisciplinaire conçoit des systèmes de contrôle, des compilateurs et des architectures de services pour les plateformes informatiques exotiques et de nouvelle génération. La personne bénéficiera d'un environnement de recherche exceptionnel où le personnel étudiant, professionnel, professoral et industriel travaillent conjointement pour développer les technologies futures de l'IA et du CQ.

Profil recherché : 
• Spécialisation en nanotechnologie, génie électrique ou science des matériaux
• Atouts : connaissances en nanofabrication, mémoires résistives, calcul en mémoire, mesures cryogéniques
• Forte capacité d’adaptation, d’autonomie, de travail en équipe et de résolution de problèmes
• Intérêt prononcé pour la conception, le travail expérimental en salle blanche, la R&D interdisciplinaire
• Français et anglais courant
Documents à fournir à inpaqt@usherbrooke.ca: Lettre, CV avec liste de publications et références

Financement offert

Oui

50 000$

Partenaire(s)

1QBit

La dernière mise à jour a été faite le 23 octobre 2025. L’Université se réserve le droit de modifier ses projets sans préavis.