Un atome de bismuth dans une tranche d'un cristal de silicium. Le gros nuage vert clair montre les positions possibles de la fonction d'onde de l'électron lié, et la flèche violette est sa rotation. Le spin nucléaire du bismuth (flèche bleue) peut s'incliner dans dix directions différentes, représenté en rouge et jaune. Oeuvre de Manuel Vögtli (LCN).
Une équipe de scientifiques basée au London Center for Nanotechnology et au National High Magnetic Field Lab (NHMFL) en Floride a découvert un nouveau moyen plus efficace de coder les informations quantiques dans le silicium.
En dépit d'être compatible avec les puces de silicium tout autour de nous, l'élément chimique bismuth a été délaissé jusqu'à présent au profit des atomes de phosphore dans la course aux technologies quantiques. En effet, la microélectronique d'aujourd'hui utilise du phosphore dissous dans du silicium.
Cependant, les chercheurs ont maintenant découvert que les atomes de bismuth surpassent les atomes de phosphore. Le bismuth est l'atome stable le plus lourd et a un « spin » nucléaire correspondant. Son spin quantique est comme une minuscule aiguille de boussole qui peut exister dans l'un des dix états correspondant à différentes inclinaisons (voir image ci-dessous) au lieu des deux directions disponibles pour un noyau de phosphore. Cela permet aux noyaux de bismuth de stocker beaucoup plus d'informations quantiques que les noyaux de phosphore.
La recherche, qui est décrit dans le journal Matériaux naturels et dans un prochain article dans Lettres d'examen physique , révèle le potentiel des atomes de bismuth pour construire un ordinateur quantique.
Les observations ont conduit à la suggestion d'une « équipe de rêve » utilisant à la fois des atomes de bismuth et de phosphore dans le silicium. Comme ils sont différents, ils peuvent être manipulés indépendamment. Le bismuth stockerait des informations quantiques tandis que le phosphore contrôlerait le flux d'informations.
L'auteur principal, le Dr Gavin Morley, du London Centre for Nanotechnology, a déclaré :« Les obstacles expérimentaux que nous avons surmontés dans nos recherches incluent l'utilisation du bismuth dans le silicium pour la préparation, contrôle et stockage de l'information quantique. Dans ce cas, plus c'est gros, mieux c'est parce que le plus gros noyau de bismuth offre plus d'espace pour stocker des informations quantiques.
Le co-auteur Marshall Stoneham a déclaré :« Si un ordinateur quantique pouvait être construit, cela pourrait résoudre certains problèmes qui ont longtemps été considérés comme impossibles. Avoir un type d'atome pour stocker l'information quantique dans le silicium, et un autre type pour le contrôler, c'est comme amener une deuxième personne dans une conversation à un seul homme :beaucoup plus intéressant !
