Les ordinateurs quantiques utilisent l'orientation du spin des électrons sur un site défectueux dans le diamant pour stocker des informations. Le spin de l'électron peut être vers le haut (+1), vers le bas (-1), ou quoi que ce soit entre les deux. La rotation (à gauche, flèche rouge) est représenté comme un vecteur sur une sphère. Pour changer le spin de la position 1 à 2, il faut normalement deux impulsions optiques séparées. Cependant, ici, une seule impulsion particulière a accompli la même transition électronique. Cette impulsion unique fait voyager l'électron sur une boucle géométrique, analogue à une bande de Möbius (à droite, une surface avec un côté et une frontière), de telle sorte que sa position soit modifiée de manière robuste après avoir terminé la boucle. Crédit :Département américain de l'énergie
L'informatique quantique pourrait résoudre des problèmes impossibles pour les supercalculateurs d'aujourd'hui. Le défi de cette nouvelle forme de calcul est de traiter les bits quantiques (qubits) qui représentent les données. Un qubit peut être obtenu en contrôlant l'orientation du spin d'un électron sur un site défectueux dans le diamant. Résoudre un problème, un ordinateur quantique utilise des portes logiques pour coupler plusieurs qubits et produire de nouvelles informations. Les scientifiques ont conçu un nouveau protocole qui peut être utilisé pour développer rapidement, portes logiques robustes pour les qubits. Les grilles simples réorientent le spin des électrons sur les sites de défauts dans le diamant. Cette nouvelle découverte permettrait une manipulation plus rapide et plus efficace des spins ou qubits des électrons.
Les chercheurs exercent une nouvelle forme de contrôle géométrique rapide sur l'orientation du spin de l'électron. Cela permet aux portes plus rapides et moins nombreuses de réaliser la même opération sur le qubit que les techniques conventionnelles, facilitant ainsi le développement des futurs ordinateurs quantiques. En prime, les nouvelles portes sont également moins sensibles au bruit que les opérations d'aujourd'hui (en particulier, séquentiel, opérations multi-impulsions). Le bruit peut détruire l'information quantique. Le contrôle des qubits a le potentiel de nous rapprocher des ordinateurs quantiques pratiques. Cela pourrait améliorer notre capacité à développer une logique quantique haute fidélité.
Les ordinateurs classiques sont des machines à calculer les nombres, effectuer des opérations arithmétiques de base sur des nombres. En langage informatique, ces nombres sont exprimés en unités binaires de zéros et de uns, aussi appelés bits. Chaque bit, donc, stocke la plus petite information et peut accepter une valeur de 1 ou 0. Similaire aux ordinateurs classiques, Les ordinateurs quantiques sont conçus pour fonctionner sur des bits quantiques. Une propriété extraordinaire des qubits est qu'ils peuvent avoir n'importe quelle valeur égale ou comprise entre -1 et +1, jusqu'à ce que nous les mesurions. Comme dans un ordinateur classique, les états initiaux des qubits doivent être préparés avant le traitement des données quantiques ou le stockage des données.
Le diamant est un matériau très prometteur pour le traitement de l'information quantique. En diamant, un atome d'azote peut remplacer un atome de carbone. Lorsque l'azote est à côté d'un atome de carbone manquant dans le réseau cristallin, c'est ce qu'on appelle un défaut de manque d'azote. En plus de posséder la charge, cette impureté possède une propriété appelée spin qui peut être utilisée pour stocker des informations quantiques. Son spin peut être initialisé, manipulé, et "lire" avec un laser à température ambiante, contrairement à d'autres architectures d'informatique quantique qui nécessitent des températures basses. Cette impureté unique peut émettre un photon à la fois. Un photon peut transporter un qubit d'information. Les chercheurs ont découvert une méthode simple pour préparer et manipuler l'état quantique d'un centre de vacance d'azote agissant comme un qubit. Les portes sont utilisées pour préparer et manipuler les transitions électroniques des qubits. Une porte géométrique repose sur l'évolution ou le chemin géométrique du spin au lieu des différences d'énergie impliquées dans les portes utilisées dans les ordinateurs traditionnels. Cette porte géométrique particulière utilise une seule impulsion laser pour envoyer le spin de l'électron à travers un cycle à grande vitesse. La géométrie du cycle est contrôlée par l'unique impulsion laser et détermine les opérations de grille finales et les transitions électroniques. Plus loin, un contrôle minutieux de l'énergie d'impulsion a considérablement amélioré la fidélité de la transition électronique par rapport aux techniques multi-impulsions traditionnelles, simplifiant le chemin vers les technologies quantiques pratiques.
