Bits quantiques supraconducteurs et résonateurs : test de l'intégralité de Legget-Garg et lecture en un coup

Cette these presente un ensemble d'experiences de QED en circuit (cQED), dans lesquelles des atomes artificiels bases sur des circuits supraconducteurs sont couples au champ electromagnetique d'un resonateur micro-ondes. Ce resonateur agit comme appareil de mesure pour l'atome, permettant d'illustrer des aspects fondamentaux de la physique quantique et de developper des briques de base pour un processeur quantique. Dans une premiere experience nous suivons continuement l'evolution de l'atome tout en variant l'intensite de la mesure. Nous observons la transition du regime de mesure faible a celui de mesure forte, puis le gel de la dynamique du a l'effet Zenon quantique. Dans le regime de mesure faible nous testons si l'atome artificiel est en accord avec les hypotheses du realisme macroscopique, a partir desquelles Leggett et Garg ont deduit une inegalite de Bell en temps. La violation de cette inegalite confirme que l'atome artificiel, bien que macroscopique, est un objet quantique. En ce qui concerne l'information quantique, nous avons enrichi l'architecture cQED en demontrant un systeme de lecture haute fidelite en un coup pour le qubit, un element crucial pour un processeur quantique. Notre circuit utilise la transition dynamique d'un resonateur non-lineaire. Le systeme couple forme par le qubit et le resonateur non lineaire permet en plus d'etudier l'interaction entre couplage fort et effets non lineaires -amplification parametrique, sqeezing- ouvrant un nouveau sujet : le cQED non lineaire. Finalement, nous avons mis au point un circuit qui servirait d'intermediaire pour que deux qubits arbitraires interagissent : un resonateur micro-ondes a frequence accordable.