Un nouveau matériau pourrait « immuniser » les bits quantiques topologiques afin qu'ils soient suffisamment résistants pour construire un ordinateur quantique. Crédit :Image de l'Université Purdue/Morteza Kayyalha
Les ordinateurs quantiques traiteront beaucoup plus d'informations à la fois par rapport aux ordinateurs d'aujourd'hui. Mais les blocs de construction qui contiennent ces informations – les bits quantiques, ou "qubits" - sont beaucoup trop sensibles à leur environnement pour fonctionner suffisamment bien en ce moment pour construire un ordinateur quantique pratique.
Longue histoire courte, Les qubits ont besoin d'un meilleur système immunitaire avant de pouvoir grandir.
Un nouveau matériau, conçu par les chercheurs de l'Université Purdue en une bande mince est un pas de plus vers « immuniser » les qubits contre le bruit, comme la chaleur et d'autres parties d'un ordinateur, qui interfère avec la façon dont ils détiennent l'information. L'œuvre apparaît dans Lettres d'examen physique .
La fine bande, appelé « nanoruban, " est une version d'un matériau qui conduit le courant électrique à sa surface mais pas à l'intérieur - appelé "isolant topologique" - avec deux conducteurs électriques supraconducteurs pour former un dispositif appelé "jonction Josephson".
Dans un ordinateur quantique, un qubit "s'emmêle" avec d'autres qubits. Cela signifie que la lecture des informations quantiques d'un qubit affecte automatiquement le résultat d'un autre, peu importe à quelle distance ils sont.
Sans enchevêtrement, les calculs rapides qui distinguent l'informatique quantique ne peuvent pas se produire. Mais l'intrication et la nature quantique des qubits sont également sensibles au bruit, ils ont donc besoin d'une protection supplémentaire.
Un supercourant amélioré à la surface de l'isolant topologique de cet appareil pourrait apporter des propriétés spéciales qui rendraient les qubits plus résistants. Crédit :Image de l'Université Purdue/Morteza Kayyalha
Un dispositif de jonction Josephson à nanoruban topologique-isolant est l'une des nombreuses options que les chercheurs ont étudiées pour construire des qubits plus résilients. Cette résilience pourrait provenir de propriétés spéciales créées en conduisant un supercourant à la surface d'un isolant topologique, où le spin d'un électron est verrouillé sur la quantité de mouvement.
Le problème jusqu'à présent est qu'un supercourant a tendance à s'infiltrer à l'intérieur des isolants topologiques, l'empêchant de couler complètement à la surface.
Pour devenir plus résistant, les qubits topologiques ont besoin de supercourants pour traverser les canaux de surface des isolants topologiques.
"Nous avons développé un matériau vraiment propre, en ce sens qu'il n'y a pas d'états conducteurs dans la masse de l'isolant topologique, " dit Yong Chen, un professeur Purdue de physique et d'astronomie et de génie électrique et informatique, et le directeur du Purdue Quantum Science and Engineering Institute. "La supraconductivité à la surface est la première étape pour construire ces dispositifs informatiques quantiques topologiques basés sur des isolants topologiques."
Morteza Kayyalha, un ancien Ph.D. étudiant dans le laboratoire de Chen, pourrait montrer que le supercourant s'enroule tout autour du nouveau nanoruban isolant topologique à des températures inférieures de 20 % à la "température critique, " lorsque la jonction devient supraconductrice. L'expérience a été menée en collaboration avec le laboratoire de Leonid Rokhinson, un professeur Purdue de physique et d'astronomie.
"On sait qu'à mesure que la température baisse, la supraconductivité est renforcée, " a déclaré Chen. " Le fait que beaucoup plus de supercourant ait coulé à des températures encore plus basses pour notre appareil était la preuve qu'il circule autour de ces surfaces protectrices. "
