Les ordinateurs quantiques basés sur le spin ont le potentiel de résoudre des problèmes mathématiques difficiles qui ne peuvent pas être résolus à l'aide d'ordinateurs ordinaires, mais de nombreux problèmes subsistent pour rendre ces machines évolutives. Maintenant, un groupe international de chercheurs dirigé par le RIKEN Center for Emergent Matter Science a conçu une nouvelle architecture pour l'informatique quantique. En construisant un dispositif hybride composé de deux types différents de qubit - l'élément informatique fondamental des ordinateurs quantiques - ils ont créé un dispositif qui peut être rapidement initialisé et lu, et qui maintient simultanément une fidélité de contrôle élevée.

À une époque où les ordinateurs conventionnels semblent atteindre une limite, les ordinateurs quantiques - qui effectuent des calculs à l'aide de phénomènes quantiques - ont été présentés comme des remplaçants potentiels, et ils peuvent s'attaquer aux problèmes d'une manière très différente et potentiellement beaucoup plus rapide. Cependant, il s'est avéré difficile de les mettre à l'échelle jusqu'à la taille requise pour effectuer des calculs dans le monde réel.

En 1998, Daniel Perte, l'un des auteurs de la présente étude, a fait une proposition, avec David DiVincenzo d'IBM, construire un ordinateur quantique en utilisant les spins d'électrons intégrés dans une boîte quantique, une petite particule qui se comporte comme un atome, mais cela peut être manipulé, de sorte qu'ils sont parfois appelés "atomes artificiels". Depuis lors, Loss et son équipe se sont efforcés de construire des dispositifs pratiques.

Il existe un certain nombre d'obstacles au développement de dispositifs pratiques en termes de vitesse. D'abord, l'appareil doit pouvoir être initialisé rapidement. L'initialisation est le processus consistant à mettre un qubit dans un certain état, et si cela ne peut pas être fait rapidement, cela ralentit l'appareil. Seconde, il doit conserver une cohérence pendant un temps suffisamment long pour faire une mesure. La cohérence fait référence à l'intrication entre deux états quantiques, et finalement cela est utilisé pour faire la mesure, donc si les qubits deviennent décohérents à cause du bruit ambiant, par exemple, l'appareil devient sans valeur. Et enfin, l'état final du qubit doit pouvoir être lu rapidement.

Alors qu'un certain nombre de méthodes ont été proposées pour construire un ordinateur quantique, celui proposé par Loss et DiVincenzo reste l'un des plus réalisables en pratique, car il est basé sur des semi-conducteurs, pour laquelle une grande industrie existe déjà.

Pour l'étude en cours, Publié dans Communication Nature , l'équipe a combiné deux types de qubits sur un seul appareil. La première, un type de qubit à spin unique appelé qubit Loss-DiVincenzo, a une fidélité de contrôle très élevée, ce qui signifie qu'il est dans un état clair, le rendant idéal pour les calculs, et a un temps de décohérence long, de sorte qu'il restera dans un état donné pendant un temps relativement long avant de perdre son signal dans l'environnement.

Malheureusement, l'inconvénient de ces qubits est qu'ils ne peuvent pas être rapidement initialisés dans un état ou lus. Le deuxième type, appelé qubit singulet-triplet, est rapidement initialisé et lu, mais ça devient vite décohérent. Pour l'étude, les scientifiques ont combiné les deux types avec un type de porte quantique connue sous le nom de porte à phase contrôlée, qui a permis aux états de spin d'être intriqués entre les qubits en un temps suffisamment rapide pour maintenir la cohérence, permettant à l'état du qubit à spin unique d'être lu par la mesure rapide du qubit singulet-triplet.

Selon Akito Noiri du CEMS, l'auteur principal de l'étude, "Avec cette étude, nous avons démontré que différents types de points quantiques peuvent être combinés sur un seul appareil pour surmonter leurs limites respectives. Cela offre des informations importantes qui peuvent contribuer à l'évolutivité des ordinateurs quantiques."