Des appareils à atomes artificiels pour stabiliser l'informatique quantique

L'appareil quantique mis au point par l'équipe © UNSW

Contrairement aux bits de l'informatique conventionnelle dont la valeur est forcément de 0 ou 1, les qubits de l'informatique quantique peuvent avoir les deux états à la fois (on parle de superposition). Mais cette capacité des qubits quantiques implique une instabilité qui constitue l'une des grandes difficultés de l'informatique quantique.

Des ingénieurs de l'université de Sydney pensent pourtant être parvenus à résoudre ce problème. En ajoutant des électrons à des atomes artificiels, ils ont observé une plus grande stabilité de ces composants.

La stabilité quantique à la clé

Les chercheurs ont publié les résultats de leur étude sur le site de l'UNSW. Ils affirment être parvenus à créer un « point quantique » de silicium, un endroit où les électrons des atomes peuvent être utilisés comme des qubits.

Dans une vidéo, Andrew Dzurak donne une explication avec un tableau périodique des éléments : « Si vous repensez à vos cours de sciences au lycée, vous vous souvenez peut-être d'un tableau poussiéreux accroché au mur qui répertorie tous les éléments connus dans l'ordre du nombre d'électrons, en commençant par l'hydrogène avec un électron, l'hélium avec deux, le lithium avec trois et ainsi de suite. Vous vous souvenez peut-être aussi qu'un atome avec plus d'électrons devient plus lourd, s'organisant alors en différents niveaux d'orbite appelés "couches électroniques" ("shells" en anglais, ndlr.). Il s'avère que lorsque nous créons des atomes artificiels dans nos circuits quantiques, ils ont également des couches électroniques bien organisées et prévisibles ».

L'intérêt de cette observation est que les atomes artificiels se sont avérés beaucoup plus stables que prévu. Le chercheur ajoute : « Ce qui nous passionne vraiment dans nos dernières recherches, c'est que les atomes artificiels avec un plus grand nombre d'électrons se révèlent être des qubits beaucoup plus robustes qu'on ne le pensait auparavant ».

Corriger les imperfections du silicium

Pour déterminer les raisons de cette stabilité, l'équipe a créé un appareil permettant de la tester. Ils ont appliqué à un point quantique en silicium une tension électrique via une électrode. Le physicien Andre Saraiva détaille : « Alors que nous augmentions lentement la tension, nous attirions de nouveaux électrons, l'un après l'autre, pour former un atome artificiel dans notre point quantique ». Le doctorant Ross Leon ajoute que « jusqu'à présent, les imperfections des dispositifs en silicium au niveau atomique ont perturbé le comportement des qubits, conduisant à un fonctionnement peu fiable et à des erreurs. Mais il semble que les électrons supplémentaires présents dans les couches intérieures agissent comme des "amorces" sur les imperfections du point quantique, lissant l'ensemble et donnant de la stabilité aux électrons des couches extérieures ».

Les études concernant les atomes artificiels ont été théorisées dans les années 1930, mais leurs premières expériences n'ont eu lieu que dans les années 1990. En 2013, l'UNSW a réussi à réaliser une première version en silicium de son appareil. Aujourd'hui, la stabilité de ces dispositifs est démontrée, mais les chercheurs doivent encore explorer les liaisons chimiques qui s'appliqueraient à ces atomes artificiels afin de déterminer dans quelles mesures ils pourraient donner des « molécules artificielles ». Celles-ci pourraient ensuite être utilisées dans la réalisation de réels ordinateurs quantiques.

Source : Phys.org