Les bits quantiques sont désormais plus faciles à manipuler pour les appareils de l'informatique quantique, grâce à une interaction spin-orbite améliorée dans le silicium.

Une puce informatique quantique en silicium a le potentiel de contenir des millions de bits quantiques, ou qubits, pour un traitement de l'information beaucoup plus rapide qu'avec les bits des ordinateurs d'aujourd'hui. Cela se traduit par des recherches de base de données à grande vitesse, une meilleure cybersécurité et une simulation hautement efficace des matériaux et des processus chimiques.

Maintenant, groupes de recherche de l'Université Purdue, l'Université Technologique de Delft, Les Pays-Bas et l'Université du Wisconsin-Madison ont découvert que le silicium a des interactions spin-orbite uniques qui peuvent permettre la manipulation de qubits à l'aide de champs électriques, sans avoir besoin d'agents artificiels.

"Les qubits codés dans les spins des électrons ont une durée de vie particulièrement longue dans le silicium, mais ils sont difficiles à contrôler par des champs électriques. L'interaction spin-orbite est un bouton important pour la conception de qubits que l'on pensait être petits dans ce matériau, traditionnellement, " a déclaré Rajib Rahman, professeur adjoint de recherche à l'École de génie électrique et informatique de Purdue.

La force de l'interaction spin-orbite, qui est l'interaction du spin d'un électron avec son mouvement, est un facteur important pour la qualité d'un qubit. Les chercheurs ont découvert une interaction spin-orbite plus importante que d'habitude à la surface du silicium, où les qubits sont situés sous la forme de points dits quantiques, des électrons confinés dans les trois dimensions. Le laboratoire de Rahman a identifié que cette interaction spin-orbite est de nature anisotrope - ce qui signifie qu'elle dépend de l'angle d'un champ magnétique externe - et fortement affectée par les détails atomiques de la surface.

"Cette anisotropie peut être utilisée pour augmenter ou minimiser la force de l'interaction spin-orbite, " dit Rifat Ferdous, auteur principal de cet ouvrage et assistant de recherche diplômé Purdue en génie électrique et informatique. L'interaction spin-orbite affecte alors les qubits.

"S'il y a une forte interaction spin-orbite, la durée de vie du qubit est plus courte mais vous pouvez le manipuler plus facilement. L'inverse se produit avec une faible interaction spin-orbite :la durée de vie du qubit est plus longue, mais la manipulation est plus difficile, " dit Rahman.

Les chercheurs ont publié leurs résultats le 5 juin dans Nature Partner Journals—Quantum Information. L'équipe Wisconsin-Madison a fabriqué le dispositif en silicium, l'équipe de Delft a réalisé les expériences et l'équipe de Purdue a dirigé l'investigation théorique des observations expérimentales. Ce travail est soutenu par l'Army Research Office, Département américain de l'énergie, la National Science Foundation et le Conseil européen de la recherche.

Les travaux à venir dans le laboratoire de Rahman se concentreront sur l'exploitation de la nature anisotrope des interactions spin-orbite pour améliorer encore la cohérence et le contrôle des qubits, et, donc, la mise à l'échelle des puces informatiques quantiques.