Circuits Neuromorphiques CMOS-OxRAM Cryogéniques avec Interconnexions Supraconductrices

Circuits Neuromorphiques CMOS-OxRAM Cryogéniques avec Interconnexions Supraconductrices

Topic description

- Laboratoire Nanotechnologies & Nanosystèmes (IRL-LN2)
- Institut Interdisciplinaire d’Innovation Technologique (3IT)
- Institut Quantique (IQ)
- 1QBit

Contexte : La dernière grande avancée en informatique quantique a été 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 parti de la grande maturité des technologies CMOS pour offrir des dispositifs quantiques peu coûteux et hautement évolutifs. De grands centres de recherche comme le 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 programme de recherche pour adresser ce problème. Nous proposons un projet de doctorat visant 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.

Sujet : En collaboration avec 2 postdocs, 2 personnes en doctorat et 1 en Maitrise, 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 dans les domaines de la nanofabrication, de l'ingénierie neuromorphique et de l’électronique cryogénique, la personne en doctorat 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 de l'UdeS, (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 température ambiante et cryogénique et comparer les performances obtenues.

Environnement de travail : La thèse sera réalisée sous la co-direction des Professeurs Dominique Drouin et Serge Ecoffey au sein de L’IRT-LN2, un « International Research Laboratory » du CNRS entre la France et le Québec. 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.

Funding category

Funding further details

▶️ Circuits Neuromorphiques CMOS-OxRAM Cryogéniques avec Interconnexions Supraconductrices
🖊️ INSTITUT INTERDISCIPLINAIRE D'INNOVATION TECHNOLOGIQUE - UNIVERSITÉ DE SHERBROOKE
📍 Sherbrooke