Les ordinateurs quantiques - une future technologie possible qui révolutionnerait l'informatique en exploitant les propriétés étranges des bits quantiques, ou qubits. Les qubits sont l'analogue quantique des bits informatiques classiques "0" et "1". Les matériaux d'ingénierie qui peuvent fonctionner comme des qubits sont techniquement difficiles. À l'aide de supercalculateurs, des scientifiques de l'Université de Chicago et du Laboratoire national d'Argonne ont prédit de nouveaux qubits possibles construits à partir de nitrure d'aluminium contraint. De plus, les scientifiques ont montré que certains qubits nouvellement développés dans le carbure de silicium ont des durées de vie inhabituellement longues.
Les ordinateurs quantiques pourraient briser les techniques de cryptographie courantes, rechercher d'énormes ensembles de données, et simuler des systèmes quantiques en une fraction du temps qu'il faudrait aux ordinateurs d'aujourd'hui. Cependant, les ingénieurs doivent d'abord exploiter les propriétés des bits quantiques. L'ingénierie de nouveaux qubits avec des méthodes moins difficiles pourrait réduire l'un des obstacles importants à la mise à l'échelle des ordinateurs quantiques, des petits prototypes aux technologies à plus grande échelle.
L'une des principales méthodes de création de qubits consiste à exploiter des défauts atomiques structurels spécifiques des diamants. L'utilisation de diamants est à la fois techniquement difficile et coûteuse. Maintenant, des chercheurs de l'Université de Chicago et du Laboratoire national d'Argonne ont suggéré un défaut analogue dans le nitrure d'aluminium, ce qui pourrait réduire la difficulté et le coût final de fabrication de matériaux pour les applications d'informatique quantique.
En utilisant respectivement les supercalculateurs Edison et Mira du Centre national de calcul scientifique de la recherche énergétique du DOE et du Laboratoire national d'Argonne, les chercheurs ont découvert qu'en appliquant une contrainte au nitrure d'aluminium, ils peuvent créer des défauts structurels dans le matériau qui peuvent être exploités sous forme de qubits similaires à ceux observés dans les diamants. Ils ont effectué leurs calculs en utilisant différents niveaux de théorie et les codes Quantum Espresso et WEST, ce dernier s'est développé à l'Université de Chicago.
Les codes leur ont permis de prédire avec précision la position des niveaux de défauts dans la bande interdite des semi-conducteurs. Les chercheurs ont également collaboré étroitement avec des expérimentateurs pour comprendre et améliorer les performances des qubits dans les matériaux industriels. Récemment, ils ont montré que les qubits nouvellement développés dans le carbure de silicium ont des temps de cohérence beaucoup plus longs que ceux des qubits défectueux mieux établis dans le diamant. Leurs résultats ont indiqué que les cristaux polyatomiques d'importance industrielle sont des hôtes prometteurs pour les qubits cohérents pour les dispositifs quantiques évolutifs.
