Une étude démontre qu'une combinaison de deux matériaux, arséniure d'aluminium et d'indium, la formation d'un dispositif appelé jonction Josephson pourrait rendre les bits quantiques plus résistants. Crédit :Image de l'Université de Copenhague/Antonio Fornieri
Les chercheurs tentent depuis de nombreuses années de construire un ordinateur quantique que l'industrie pourrait développer, mais les blocs de construction de l'informatique quantique, qubits, ne sont toujours pas assez robustes pour gérer l'environnement bruyant de ce qui serait un ordinateur quantique.
Une théorie développée il y a seulement deux ans proposait un moyen de rendre les qubits plus résilients en combinant un semi-conducteur, arséniure d'indium, avec un supraconducteur, aluminium, dans un appareil planaire. Maintenant, cette théorie a reçu un support expérimental dans un dispositif qui pourrait également aider à la mise à l'échelle des qubits.
Cette combinaison semi-conducteur-supraconducteur crée un état de « supraconductivité topologique, " qui protégerait contre les changements même minimes dans l'environnement d'un qubit qui interfèrent avec sa nature quantique, un problème bien connu appelé « décohérence ».
Le dispositif est potentiellement évolutif en raison de sa surface "plane" plate - une plate-forme que l'industrie utilise déjà sous la forme de plaquettes de silicium pour construire des microprocesseurs classiques.
L'oeuvre, Publié dans La nature , a été dirigé par le laboratoire Microsoft Quantum de l'Institut Niels Bohr de l'Université de Copenhague, qui a fabriqué et mesuré l'appareil. Le laboratoire Microsoft Quantum de l'Université Purdue a développé l'hétérostructure semi-conducteur-supraconducteur à l'aide d'une technique appelée épitaxie par faisceau moléculaire, et effectué des mesures de caractérisation initiales.
Les théoriciens de Station Q, un laboratoire Microsoft Research à Santa Barbara, Californie, avec l'Université de Chicago et le Weizmann Institute of Science en Israël, ont également participé à l'étude.
Des chercheurs de divers sites de laboratoire Microsoft Quantum, y compris le laboratoire de Michael Manfra à l'Université Purdue, a collaboré pour créer un appareil qui pourrait apporter des bits quantiques plus évolutifs. Sur la photo, les chercheurs de Purdue Candice Thomas (à gauche) et Geoff Gardner. Crédit :Microsoft Station Q Purdue photo
« Parce que la technologie des dispositifs semi-conducteurs planaires a connu un tel succès dans le matériel classique, plusieurs approches pour la mise à l'échelle d'un ordinateur quantique ayant été construit dessus, " a déclaré Michael Manfra, Chaire Bill et Dee O'Brien de l'Université Purdue, professeur de physique et d'astronomie, et professeur de génie électrique et informatique et de génie des matériaux, qui dirige le site Microsoft Station Q de Purdue.
Ces expériences prouvent que l'arséniure d'aluminium et d'indium, lorsqu'ils sont réunis pour former un dispositif appelé jonction Josephson, peut prendre en charge les modes zéro Majorana, dont les scientifiques ont prédit qu'ils possèdent une protection topologique contre la décohérence.
Il est également connu que l'aluminium et l'arséniure d'indium fonctionnent bien ensemble car un supercourant circule bien entre eux.
En effet, contrairement à la plupart des semi-conducteurs, l'arséniure d'indium n'a pas de barrière qui empêche les électrons d'un matériau d'entrer dans un autre matériau. Par ici, la supraconductivité de l'aluminium peut faire les couches supérieures de l'arséniure d'indium, un semi-conducteur, supraconducteur, également.
"L'appareil ne fonctionne pas encore en qubit, mais cet article montre qu'il a les bons ingrédients pour être une technologie évolutive, " dit Manfra, dont le laboratoire est spécialisé dans la construction de plates-formes pour, et comprendre la physique de, technologies quantiques à venir.
Combinant les meilleures propriétés des supraconducteurs et des semi-conducteurs dans des structures planes, que l'industrie pourrait facilement s'adapter, pourrait conduire à rendre la technologie quantique évolutive. Des milliards de commutateurs, appelés transistors, sur une seule plaquette permettent actuellement aux ordinateurs classiques de traiter l'information.
« Ce travail est une première étape encourageante vers la construction de technologies quantiques évolutives, " a déclaré Manfra.
