Une équipe de l'Université de Tsukuba a étudié un nouveau processus pour créer des ondes de réseau cohérentes à l'intérieur de cristaux de silicium à l'aide d'impulsions laser ultracourtes. À l'aide de calculs théoriques combinés à des résultats expérimentaux obtenus à l'Université de Pittsburgh, ils ont pu montrer que des signaux vibrationnels cohérents pouvaient être maintenus à l'intérieur des échantillons. Cette recherche pourrait conduire à des ordinateurs quantiques basés sur des dispositifs au silicium existants capables d'effectuer rapidement des tâches hors de portée des supercalculateurs les plus rapides actuellement disponibles.

Des PC domestiques aux serveurs d'entreprise, les ordinateurs sont au cœur de notre vie quotidienne, et leur pouvoir continue de croître à un rythme effarant. Cependant, il y a deux gros problèmes qui se profilent à l'horizon pour les ordinateurs classiques. Le premier est une limite fondamentale sur le nombre de transistors que nous pouvons emballer dans un seul processeur. Finalement, une approche totalement nouvelle sera nécessaire si nous voulons continuer à augmenter leur capacité de traitement. La seconde est que même les ordinateurs les plus puissants sont aux prises avec certains problèmes importants, tels que les algorithmes cryptographiques qui protègent votre numéro de carte de crédit sur Internet, ou l'optimisation des tournées de livraison des colis.

La solution à ces deux problèmes peut être les ordinateurs quantiques, qui profitent des règles de la physique qui régissent les très petites échelles, comme pour les atomes et les électrons. Dans le régime quantique, les électrons agissent plus comme des vagues que comme des boules de billard, avec des positions qui sont « barbouillées » plutôt que définitives. En outre, divers composants peuvent s'emmêler, de telle sorte que les propriétés de chacun ne peuvent être complètement décrites sans référence à l'autre. Un ordinateur quantique efficace doit maintenir la cohérence de ces états intriqués suffisamment longtemps pour effectuer des calculs.

Dans la recherche actuelle, une équipe à l'Université de Tsukuba et Hrvoje Petek, La chaire RK Mellon de physique et d'astronomie de l'Université de Pittsburgh a utilisé des impulsions laser très courtes pour exciter des électrons à l'intérieur d'un cristal de silicium. « L'utilisation du silicium existant pour l'informatique quantique facilitera grandement la transition vers les ordinateurs quantiques, " explique le premier auteur, le Dr Yohei Watanabe. Les électrons énergétiques ont créé des vibrations cohérentes de la structure du silicium, de telle sorte que les mouvements de l'électron et des atomes de silicium se sont enchevêtrés. L'état du système a ensuite été sondé après un temps de retard variable avec une seconde impulsion laser.

Sur la base de leur modèle théorique, les scientifiques ont pu expliquer les oscillations observées dans la charge générée en fonction du temps de retard. "Cette expérience révèle les effets de mécanique quantique sous-jacents régissant les vibrations cohérentes, " déclare l'auteur principal, le professeur Muneaki Hase, qui a réalisé les expériences. "De cette façon, le projet représente une première étape vers des ordinateurs quantiques grand public abordables."