Un groupe de scientifiques du RIKEN Center for Emergent Matter Science au Japon a réussi à prendre des mesures répétées du spin d'un électron dans une boîte quantique de silicium (QD) sans changer son spin dans le processus. Ce type de mesure de « non-démolition » est important pour créer des ordinateurs quantiques tolérants aux pannes. Les ordinateurs quantiques faciliteraient l'exécution de certaines classes de calculs tels que les problèmes à plusieurs corps, qui sont extrêmement difficiles et chronophages pour les ordinateurs conventionnels. Essentiellement, il s'agit de mesurer une valeur quantique qui n'est jamais dans un seul état comme un transistor classique, mais existe plutôt comme un « état superposé » - de la même manière que le célèbre chat de Schrödinger ne peut pas être considéré comme vivant ou mort jusqu'à ce qu'il soit observé. En utilisant de tels systèmes, il est possible de faire des calculs avec un qubit qui est une superposition de deux valeurs, puis déterminer statistiquement quel est le résultat correct. Les ordinateurs quantiques qui utilisent des spins à un seul électron dans les QD en silicium sont considérés comme attrayants en raison de leur évolutivité potentielle et parce que le silicium est déjà largement utilisé dans la technologie électronique.

La principale difficulté du développement d'ordinateurs quantiques, cependant, c'est qu'ils sont très sensibles aux bruits extérieurs, rendre la correction d'erreur critique. Jusque là, les chercheurs ont réussi à développer des spins à électron unique dans des QD en silicium avec un temps de rétention d'information long et un fonctionnement quantique de haute précision, mais la mesure quantique de non-démolition, clé d'une correction d'erreur efficace, s'est avérée insaisissable. La méthode conventionnelle pour lire les spins d'un seul électron dans le silicium consiste à convertir les spins en charges rapidement détectables, mais malheureusement, le spin de l'électron est affecté par le processus de détection.

Maintenant, dans une recherche publiée dans Communication Nature , l'équipe RIKEN a réalisé une telle mesure sans démolition. L'idée clé qui a permis au groupe de progresser était d'utiliser le modèle d'interaction de type Ising, un modèle de ferromagnétisme qui examine comment les spins des électrons des atomes voisins s'alignent, conduisant à la formation de ferromagnétisme dans l'ensemble du réseau. Essentiellement, ils ont pu transférer l'information de spin - vers le haut ou vers le bas - d'un électron dans un QD à un autre électron dans le QD voisin en utilisant l'interaction de type Ising dans un champ magnétique, et pourrait alors mesurer le spin du voisin en utilisant la méthode conventionnelle, afin qu'ils puissent laisser la rotation d'origine inchangée, et pourrait effectuer des mesures répétées et rapides du voisin.

"À travers cela, " explique le directeur du groupe Seigo Tarucha, qui a dirigé le groupe de recherche, "nous avons pu atteindre un taux de fidélité non démolition de 99%, et en utilisant des mesures répétées obtiendrait une précision de lecture de 95%. Nous avons également montré que théoriquement, cela pourrait être augmenté à 99,6 %, et prévoyons de continuer à travailler pour atteindre ce niveau."

Il continue, "C'est très excitant, car si nous pouvons combiner notre travail avec des portes haute fidélité à un ou deux qubits, qui sont en cours d'élaboration, nous pourrions potentiellement construire une variété de systèmes de traitement de l'information quantique tolérants aux pannes à l'aide d'une plate-forme de points quantiques en silicium. »