Une équipe de chercheurs de Cambridge a trouvé un moyen de contrôler la mer de noyaux dans les points quantiques semi-conducteurs afin qu'ils puissent fonctionner comme un dispositif de mémoire quantique.

Les points quantiques sont des cristaux composés de milliers d'atomes, et chacun de ces atomes interagit magnétiquement avec l'électron piégé. S'il est laissé seul à lui-même, cette interaction de l'électron avec les spins nucléaires, limite l'utilité de l'électron en tant que bit quantique - un qubit.

Dirigé par le professeur Mete Atatüre, un Fellow au St John's College, Université de Cambridge, le groupe de recherche, situé au Laboratoire Cavendish, exploiter les lois de la physique quantique et de l'optique pour étudier l'informatique, applications de détection ou de communication.

Atatüre a déclaré :« Les points quantiques offrent une interface idéale, comme médiatisé par la lumière, à un système où la dynamique des spins individuels en interaction pourrait être contrôlée et exploitée. Parce que les noyaux "volent" au hasard des informations de l'électron, ils ont traditionnellement été une gêne, mais nous avons montré que nous pouvons les exploiter comme une ressource. »

L'équipe de Cambridge a trouvé un moyen d'exploiter l'interaction entre l'électron et les milliers de noyaux en utilisant des lasers pour « refroidir » les noyaux à moins de 1 milliKelvin, ou un millième de degré au-dessus du zéro absolu. Ils ont ensuite montré qu'ils pouvaient contrôler et manipuler les milliers de noyaux comme s'ils formaient un seul corps à l'unisson, comme un deuxième qubit. Cela prouve que les noyaux de la boîte quantique peuvent échanger des informations avec le qubit électronique et peuvent être utilisés pour stocker des informations quantiques en tant que dispositif de mémoire. Les résultats ont été publiés dans Science aujourd'hui.

L'informatique quantique vise à exploiter les concepts fondamentaux de la physique quantique, comme le principe d'intrication et de superposition, surpasser les approches informatiques actuelles et pourrait révolutionner la technologie, affaires et recherche. Tout comme les ordinateurs classiques, les ordinateurs quantiques ont besoin d'un processeur, Mémoire, et un bus pour transporter l'information en avant et en arrière. Le processeur est un qubit qui peut être un électron piégé dans une boîte quantique, le bus est un photon unique que ces points quantiques génèrent et sont idéaux pour échanger des informations. Mais le chaînon manquant pour les points quantiques est la mémoire quantique.

Atatüre a déclaré :« Au lieu de parler à des spins nucléaires individuels, nous avons travaillé sur l'accès aux ondes de spin collectives par des lasers. C'est comme un stade où vous n'avez pas à vous soucier de qui lève la main dans la vague mexicaine qui circule, tant qu'il y a une vague collective car ils dansent tous à l'unisson.

"Nous avons ensuite montré que ces ondes de spin ont une cohérence quantique. C'était la pièce manquante du puzzle et nous avons maintenant tout le nécessaire pour construire une mémoire quantique dédiée pour chaque qubit."

Dans les technologies quantiques, le photon, le qubit et la mémoire doivent interagir l'un avec l'autre de manière contrôlée. Ceci est principalement réalisé en interfaçant différents systèmes physiques pour former une seule unité hybride qui peut être inefficace. Les chercheurs ont pu montrer que dans les points quantiques, l'élément de mémoire est automatiquement présent à chaque qubit.

Dr Dorian Gangloff, l'un des premiers auteurs de l'article et Fellow à St John's, a déclaré que la découverte renouvellera l'intérêt pour ces types de points quantiques semi-conducteurs. Le Dr Gangloff a expliqué :« Il s'agit d'une percée du Saint Graal pour la recherche sur les points quantiques, à la fois pour la mémoire quantique et la recherche fondamentale; nous avons maintenant les outils pour étudier la dynamique des systèmes complexes dans l'esprit de la simulation quantique.

Les opportunités à long terme de ce travail pourraient être vues dans le domaine de l'informatique quantique. Le mois dernier, IBM a lancé le premier ordinateur quantique commercial au monde, et le directeur général de Microsoft a déclaré que l'informatique quantique a le potentiel de « remodeler radicalement le monde ».

Gangloff a déclaré:"L'impact du qubit pourrait être dans un demi-siècle, mais le pouvoir de la technologie perturbatrice est qu'il est difficile de concevoir les problèmes que nous pourrions ouvrir - vous pouvez essayer de le considérer comme des inconnues connues, mais à un moment donné vous entrez dans un nouveau territoire. Nous ne savons pas encore le type de problèmes que cela aidera à résoudre, ce qui est très excitant. "