La nouvelle technologie permet aux bits quantiques de conserver des informations pour 10, 000 fois plus long que l'enregistrement précédent. Crédit :Université du Tohoku
Bits quantiques, ou qubits, peut contenir des informations quantiques beaucoup plus longtemps grâce aux efforts d'une équipe de recherche internationale. Les chercheurs ont augmenté le temps de rétention, ou temps de cohérence, à 10 millisecondes—10, 000 fois plus long que le précédent record—en combinant le mouvement orbital et la rotation à l'intérieur d'un atome. Une telle augmentation de la rétention d'informations a des implications majeures pour les développements des technologies de l'information, car le temps de cohérence plus long fait des qubits spin-orbite le candidat idéal pour la construction de grands ordinateurs quantiques.
Ils ont publié leurs résultats le 20 juillet dans Matériaux naturels .
"Nous avons défini un qubit spin-orbite en utilisant une particule chargée, qui apparaît comme un trou, piégé par un atome d'impureté dans le cristal de silicium, " a déclaré l'auteur principal, le Dr Takashi Kobayashi, chercheur à l'Université de New South Wales à Sydney et professeur adjoint à l'Université de Tohoku. "Le mouvement orbital et la rotation du trou sont fortement couplés et verrouillés ensemble. Cela rappelle une paire d'engrenages engrenant où le mouvement circulaire et la rotation sont verrouillés ensemble."
Les qubits ont été codés avec le spin ou le mouvement orbital d'une particule chargée, produisant différents avantages qui sont très demandés pour la construction d'ordinateurs quantiques. Pour utiliser les avantages des qubits, Kobayashi et l'équipe ont spécifiquement utilisé un "trou" de particule chargée exotique dans le silicium pour définir un qubit, puisque le mouvement orbital et le spin des trous dans le silicium sont couplés.
Les qubits spin-orbite codés par des trous sont particulièrement sensibles aux champs électriques, selon Kobayashi, ce qui permet un contrôle plus rapide et des avantages en augmentant les ordinateurs quantiques. Cependant, les qubits sont affectés par le bruit électrique, limitant leur temps de cohérence.
Art conceptuel du qubit spin-orbite basé sur l'accepteur. Un atome de bore (jaune) implanté dans un cristal de silicium (bleu) délimite un trou. Le mouvement orbital d'un trou dans le silicium est couplé à son degré de liberté de spin. Ce couplage rappelle les engrenages où le mouvement circulaire (flèche bleue) et la rotation (flèche rouge) sont verrouillés ensemble. L'information quantique est codée pour le mouvement et la rotation combinés d'un trou dans le qubit spin-orbite. Crédit :Takashi Kobayashi, Université du Tohoku
"Dans ce travail, nous avons conçu la sensibilité au champ électrique de notre qubit de spin-orbite en étirant le cristal de silicium comme un élastique, " a déclaré Kobayashi. " Cette ingénierie mécanique du qubit spin-orbite nous permet d'allonger remarquablement son temps de cohérence, tout en conservant une sensibilité électrique modérée pour contrôler le qubit spin-orbite."
Pensez aux engrenages d'une montre. Leur rotation individuelle propulse l'ensemble du mécanisme pour garder le temps. Ce n'est ni le spin ni le mouvement orbital, mais une combinaison d'entre eux qui fait avancer l'information.
"Ces résultats ouvrent une voie pour développer de nouveaux systèmes quantiques artificiels et pour améliorer la fonctionnalité et l'évolutivité des technologies quantiques basées sur le spin, " a déclaré Kobayashi.
