Les chercheurs ont utilisé avec succès des ondes sonores pour contrôler l'information quantique dans un seul électron, un pas important vers l'efficacité, ordinateurs quantiques robustes fabriqués à partir de semi-conducteurs.

L'équipe internationale, dont des chercheurs de l'Université de Cambridge, envoyé des ondes sonores à haute fréquence à travers un dispositif semi-conducteur modifié pour diriger le comportement d'un seul électron, avec des rendements supérieurs à 99 pour cent. Les résultats sont publiés dans le journal Communication Nature .

Un ordinateur quantique serait capable de résoudre des problèmes de calcul auparavant insolubles en tirant parti du comportement étrange des particules à l'échelle subatomique, et les phénomènes quantiques tels que l'intrication et la superposition. Cependant, contrôler avec précision le comportement des particules quantiques est une tâche gigantesque.

"Ce qui rendrait un ordinateur quantique si puissant, c'est sa capacité à évoluer de façon exponentielle, " a déclaré le co-auteur Hugo Lepage, un doctorat candidat au laboratoire Cavendish de Cambridge, qui a effectué le travail théorique de la présente étude. "Dans un ordinateur classique, pour doubler la quantité d'informations, vous devez doubler le nombre de bits. Mais dans un ordinateur quantique, il vous suffirait d'ajouter un bit quantique de plus, ou qubit, doubler l'information."

Le mois dernier, des chercheurs de Google ont affirmé avoir atteint la « suprématie quantique », le point auquel un ordinateur quantique peut effectuer des calculs au-delà de la capacité des supercalculateurs les plus puissants. Cependant, les ordinateurs quantiques que Google, IBM et d'autres développent sont basés sur des boucles supraconductrices, qui sont des circuits complexes et, comme tous les systèmes quantiques, sont très fragiles.

"La moindre fluctuation ou déviation va corrompre l'information quantique contenue dans les phases et les courants des boucles, " a déclaré Lepage. " Il s'agit d'une technologie encore très récente et l'expansion au-delà de l'échelle intermédiaire peut nous obliger à descendre au niveau de la particule unique. "

Au lieu de boucles supraconductrices, l'information quantique dans l'ordinateur quantique que Lepage et ses collègues conçoivent utilisent le « spin » d'un électron - son moment angulaire inhérent, qui peut être haut ou bas - pour stocker des informations quantiques.

"Exploiter le spin pour alimenter un ordinateur quantique fonctionnel est une approche plus évolutive que d'utiliser la supraconductivité, et nous pensons que l'utilisation du spin pourrait conduire à un ordinateur quantique beaucoup plus robuste, puisque les interactions de spin sont définies par les lois de la nature, " dit Lepage.

L'utilisation du spin permet d'intégrer plus facilement l'information quantique aux systèmes existants. Le dispositif développé dans le présent travail est basé sur des semi-conducteurs largement utilisés avec quelques modifications mineures.

Le dispositif, qui a été testé expérimentalement par les co-auteurs de Lepage de l'Institut Néel, ne mesure que quelques millionièmes de mètre de long. Les chercheurs ont posé des grilles métalliques sur un semi-conducteur et appliqué une tension, qui génère un champ électrique complexe. Les chercheurs ont ensuite dirigé des ondes sonores à haute fréquence sur l'appareil, le faisant vibrer et se déformer, comme un petit tremblement de terre. Au fur et à mesure que les ondes sonores se propagent, ils piègent les électrons, en les poussant à travers l'appareil de manière très précise, comme si les électrons « surfaient » sur les ondes sonores.

Les chercheurs ont pu contrôler le comportement d'un seul électron avec une efficacité de 99,5%. "Contrôler un seul électron de cette manière est déjà difficile, mais pour arriver à un point où nous pouvons avoir un ordinateur quantique fonctionnel, nous devons être capables de contrôler plusieurs électrons, qui deviennent exponentiellement plus difficiles à mesure que les qubits commencent à interagir les uns avec les autres, " dit Lepage.

Dans les mois à venir, les chercheurs commenceront à tester l'appareil avec plusieurs électrons, ce qui rapprocherait un ordinateur quantique fonctionnel d'un autre pas.