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L’informatique quantique fait un pas en avant grâce aux nouveaux qubits‑trous

Des chercheurs financés par l’UE ont créé un nouveau système qubit prometteur basé sur les spins de trous en interaction qui sont confinés dans un nanodispositif quantique composé de silicium et de germanium.

Économie numérique

Les capacités de traitement des supercalculateurs actuels peuvent laisser perplexe mais les ordinateurs quantiques devraient même être plus performants que la plus puissante de ces machines. Dotés de capacités et de vitesse de traitement considérables, les ordinateurs quantiques pourront résoudre des problèmes qu’aucun processeur actuel ne peut solutionner. Le secret de la puissance de traitement d’un ordinateur quantique réside dans l’utilisation de bits quantiques, ou qubits, des particules élémentaires qui représentent les unités de base de l’information quantique. Des chercheurs subventionnés par les projets MaGnum et microSPIRE, financés par l’UE, ont développé un nouveau système potentiel pour des qubits fiables utilisant le spin de ces trous. La création de ces qubits est décrite dans leur étude publiée dans la revue «Nature Materials».

Trous en rotation

Un trou représente l’absence d’un électron dans un matériau solide et par conséquent, il porte une charge positive. Bien que les trous ne soient pas de vraies particules, ils possèdent de nombreuses propriétés en commun avec les électrons. Ils interagissent entre eux lorsqu’ils se rapprochent et ils possèdent aussi la propriété mécanique quantique du spin. Des trous dans des matériaux tels que le métalloïde germanium sont d’excellents candidats pour les qubits de spin. Les scientifiques ont construit une nanostructure formée par plusieurs couches de germanium et de silicium, ce qui leur permettait d’y inclure des trous dans une zone quasiment bi-dimensionnelle. Daniel Jirovec, auteur principal de l’étude et rattaché à l’Institut autrichien des sciences et des technologies, coordinateur du projet MaGnum, a décrit la collaboration développée avec le Laboratoire pour l’épitaxie des nanostructures et la spintronique sur silicium (L-NESS) de l’École polytechnique de Milan, coordinatrice du projet microSPIRE. «Au L-NESS, nos collègues ont disposé en couches distinctes, les unes sur les autres et de quelques nanomètres d’épaisseur, plusieurs mélanges de silicium et de germanium. Cela nous permet d’inclure les trous à l’intérieur de la couche riche en germanium et de les positionner au milieu», a expliqué Daniel Jirovec dans un article publié sur «HPCwire». «Sur le dessus, nous avons ajouté de minuscules fils électriques, appelés portes, pour contrôler le mouvement des trous lorsqu’on leur applique une tension électrique. Les trous de charge électrique positive réagissent à la tension électrique et peuvent se déplacer avec une extrême précision dans leur couche.» L’équipe de recherche a utilisé cette technique pour déplacer deux trous proches l’un de l’autre et ainsi faire interagir leur spin, ce qui crée un qubit de spin. Plus important encore, ils ont pu créer le qubit loin des deux trous de spin en interaction en utilisant moins de dix milliteslas de force de champ magnétique, une valeur considérablement plus faible que les champs magnétiques d’autres configurations de qubits. «Dans cette configuration en couches de germanium, nous pouvons réduire la force nécessaire du champ magnétique et par conséquent, permettre l’association de notre qubit avec des supraconducteurs, généralement inhibée par des champs magnétiques puissants», a déclaré Daniel Jirovec, commentant la signification de cette performance. Le projet MaGnum (Majorana bound states in Ge/SiGe heterostructures), d’une durée de deux ans, s’est achevé en mars 2021. Le projet microSPIRE (micro-crystals Single Photon InfraREd detectors) se terminera en octobre 2021. Pour plus d’informations, veuillez consulter: projet MaGnum site web du projet microSPIRE

Mots‑clés

MaGnum, microSPIRE, trou de spin, quantique, qubit de spin, germanium, silicium, champ magnétique

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