L'avenir de l'informatique quantique est un sujet brûlant non seulement pour les experts mais aussi pour de nombreuses agences commerciales et gouvernementales. Plutôt que de traiter et de stocker des informations sous forme de bits dans des transistors ou de la mémoire, qui limitent l'information au binaire "1" ou "0, " les ordinateurs quantiques utiliseraient à la place des systèmes quantiques, comme les atomes, ions, ou des électrons, en tant que "qubits" pour traiter et stocker des "informations quantiques", qui peut être dans un nombre infini de combinaisons de « 1 et 0 ». Les grandes entreprises technologiques, comme Google, Microsoft, Intel, et IBM investissent massivement dans des projets connexes qui pourraient mener à la réalisation de l'ordinateur et des technologies quantiques. À la fois, les universités et les instituts de recherche du monde entier étudient de nouveaux systèmes quantiques, adoptable pour l'informatique quantique. L'unité de dynamique quantique de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), a récemment fait de nouvelles découvertes sur les électrons flottant à la surface de l'hélium liquide, un système quantique qui peut être un nouveau candidat pour l'informatique quantique dans la réalité. Ces résultats ont été publiés dans Examen physique B .

L'un des problèmes courants dans la recherche en informatique quantique utilisant des solides est qu'il est très difficile de créer des qubits parfaitement identiques car des défauts intrinsèques ou des impuretés dans les matériaux utilisés affectent de manière aléatoire les performances de chaque qubit individuel. "Notre motivation pour poursuivre un système d'hélium liquide est qu'il est intrinsèquement pur et exempt de défauts, ce qui permet théoriquement de créer des qubits parfaitement identiques. En outre, nous pouvons déplacer des électrons dans ce système d'hélium liquide, ce qui est difficile ou presque impossible dans d'autres systèmes quantiques, " a expliqué le Pr Denis Konstantinov, chef de l'unité de dynamique quantique. Par conséquent, on pense que l'adoption de ce système pour l'informatique quantique pourrait amener l'ensemble du domaine au niveau supérieur.

L'utilisation d'électrons sur une surface d'hélium liquide pour l'informatique quantique nécessite d'isoler des électrons individuels sur une surface d'hélium et de contrôler leurs degrés de liberté quantiques, soit en mouvement, soit en rotation. Cela peut également nécessiter le mouvement des électrons vers différents endroits, il est donc également important de comprendre la physique de l'interaction entre les électrons et la surface de l'hélium. Il a déjà été découvert que les électrons sur l'hélium peuvent former un cristal bidimensionnel, et certains phénomènes uniques se produisent lorsque ce cristal se déplace le long de la surface de l'hélium, en raison de l'interaction entre les électrons et les ondes de surface. Les scientifiques de l'OIST, cependant, sont les premiers à sonder comment ces phénomènes dépendent de la taille du cristal électronique. Pour tester cela, Dr Alexandre Badrutdinov, Dr Oleksandr Smorodin et Jui-Yin Lin, doctorant OIST, construit un dispositif de canal microscopique qui contenait un piège à électrons à l'intérieur pour isoler un cristal d'un nombre relativement petit d'électrons. Ce cristal serait ensuite déplacé sur la surface de l'hélium liquide en modifiant le potentiel électrostatique de l'une des électrodes du dispositif. Ce mouvement serait détecté en mesurant les charges d'image, qui sont induits par les électrons en mouvement, traversant une autre électrode à l'aide d'un amplificateur de courant et d'un détecteur de verrouillage disponibles dans le commerce.

"Cette recherche nous a donné un aperçu de la physique de l'interaction entre les électrons et la surface de l'hélium, ainsi que d'étendre nos capacités de micro-ingénierie " déclare le Dr Alexander Badrutdinov, un ancien membre de l'Unité de dynamique quantique et le premier auteur de l'article. "Nous avons adopté avec succès une technologie pour confiner les électrons dans des dispositifs microscopiques, à l'échelle de quelques microns. Avec cette technologie, nous avons étudié le mouvement de cristaux d'électrons bidimensionnels microscopiques le long d'une surface d'hélium liquide et n'avons vu aucune différence entre le mouvement de grands cristaux d'électrons, à l'échelle de millions à milliards d'électrons, et des cristaux aussi petits que quelques milliers d'électrons, quand théoriquement, des différences doivent exister.

Cette recherche est la première étape à l'OIST dans la perspective d'utiliser ce système pour l'informatique quantique. Selon Konstantinov, "la prochaine étape de cette recherche est d'isoler un cristal d'électrons encore plus petit, et ultimement, un seul électron, et de les déplacer dans ce système. Contrairement à d'autres systèmes, ce système a le potentiel d'être un pur, système évolutif avec qubits mobiles." En théorie, ce type de système aurait le potentiel de révolutionner le domaine de la recherche en informatique quantique.