Les défauts atomiques des diamants peuvent être utilisés comme mémoires quantiques. Des chercheurs de la TU Wien ont réussi pour la première fois à coupler les défauts de divers diamants en utilisant la physique quantique.

Les diamants présentant de minuscules défauts pourraient jouer un rôle crucial dans l'avenir de la technologie quantique. Depuis quelque temps maintenant, les chercheurs de la TU Wien ont étudié les propriétés quantiques de ces diamants, mais ce n'est que maintenant qu'ils ont réussi à coupler les défauts spécifiques de deux de ces diamants. Il s'agit d'un prérequis important pour le développement de nouvelles applications, tels que des capteurs et des commutateurs hautement sensibles pour les ordinateurs quantiques. Les résultats de la recherche seront maintenant publiés dans la revue Lettres d'examen physique .

A la recherche d'un système quantique adapté

"Malheureusement, les états quantiques sont très fragiles et se désintègrent très rapidement", explique Johannes Majer, chef du groupe de recherche quantique hybride, basé à l'Institut de physique atomique et subatomique à TU Wien. Pour cette raison, des recherches approfondies sont menées dans le but de trouver des systèmes quantiques utilisables pour des applications techniques. Même s'il existe des candidats prometteurs avec des atouts particuliers, jusqu'à présent, il n'y avait pas de système qui remplisse toutes les exigences simultanément.

"Les diamants avec des défauts très spécifiques sont un candidat potentiel pour faire des ordinateurs quantiques une réalité", dit Johannes Majer. Un diamant pur est composé uniquement d'atomes de carbone. Dans certains diamants, cependant, il peut y avoir des points où il y a un atome d'azote au lieu d'un atome de carbone et voisin de celui-ci, dans la structure atomique du diamant, il y a une anomalie là où il n'y a pas d'atome du tout – c'est ce qu'on appelle une « vacance ». Ce défaut, constitué de l'atome d'azote et de la lacune, forme un système quantique avec un état de très longue durée, faire des diamants avec ces défauts particuliers parfaitement adaptés aux expériences quantiques.

Tout dépend du couplage

Un pré-requis important pour de nombreuses applications technologiques quantiques est en effet la capacité de coupler de tels systèmes quantiques ensemble, ce qui jusqu'à présent n'était guère possible pour les systèmes diamantés. "L'interaction entre deux de ces défauts de lacunes d'azote est extrêmement faible et n'a qu'une portée d'environ 10 nanomètres", dit Majer.

Cependant, cet exploit est maintenant accompli; bien qu'avec l'aide d'une puce quantique supraconductrice qui produit un rayonnement micro-ondes. Depuis quelques années maintenant, l'équipe de la TU Wien a étudié comment les diamants peuvent être manipulés à l'aide de micro-ondes :« des milliards de défauts de manque d'azote dans les diamants sont couplés collectivement à un champ de micro-ondes », dit Majer. "De cette façon, l'état quantique des diamants peut être manipulé et lu."

Maintenant, l'équipe a réussi à franchir le pas :ils ont pu coupler deux diamants différents, un à chaque extrémité de la puce, produisant ainsi une interaction entre les deux diamants. "Cette interaction est médiée par le résonateur micro-ondes dans la puce intermédiaire ; ici, le résonateur joue un rôle similaire à celui d'un bus de données dans un ordinateur ordinaire", dit Johannes Majer.

Le couplage entre les deux diamants peut être activé et désactivé de manière sélective :« les deux diamants sont tournés l'un contre l'autre selon un certain angle », rapporte Thomas Astner, l'auteur principal de l'ouvrage en cours. "En outre, un champ magnétique est appliqué, la direction jouant un rôle déterminant :si les deux diamants sont alignés sous le même angle dans le champ magnétique, puis ils peuvent être couplés en utilisant la physique quantique. Avec d'autres directions de champ magnétique, il est possible d'étudier les diamants individuels sans couplage". leur mémoire de maîtrise.