Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer (PSI) ont présenté un plan détaillé sur la façon dont des bits quantiques (qubits) plus rapides et mieux définis peuvent être créés. Les éléments centraux sont des atomes magnétiques de la classe des métaux dits des terres rares, qui serait implanté sélectivement dans le réseau cristallin d'un matériau. Chacun de ces atomes représente un qubit. Les chercheurs ont démontré comment ces qubits peuvent être activés, enchevêtré, utilisé comme bits mémoire, et lisez à haute voix. Ils ont maintenant publié leur concept de conception et leurs calculs à l'appui dans la revue PRX Quantique.

En route vers les ordinateurs quantiques, une exigence initiale est de créer des bits dits quantiques ou « qubits » :des bits de mémoire qui peuvent, contrairement aux bits classiques, prendre non seulement les valeurs binaires de zéro et un, mais aussi toute combinaison arbitraire de ces états. "Avec ça, un tout nouveau type de calcul et de traitement des données devient possible, ce qui pour des applications spécifiques signifie une énorme accélération de la puissance de calcul, " explique Manuel Grimm, chercheur au PSI, premier auteur d'un nouvel article sur le thème des qubits.

Les auteurs décrivent comment les bits logiques et les opérations informatiques de base sur eux peuvent être réalisés dans un solide magnétique :les qubits résideraient sur des atomes individuels de la classe des éléments des terres rares, intégré dans le réseau cristallin d'un matériau hôte. Sur la base de la physique quantique, les auteurs calculent que le spin nucléaire des atomes de terres rares pourrait être utilisé comme support d'information, C'est, un qubit. Ils proposent en outre que des impulsions laser ciblées pourraient momentanément transférer l'information aux électrons de l'atome et ainsi activer les qubits, grâce à quoi leurs informations deviennent visibles pour les atomes environnants. Deux de ces qubits activés communiquent entre eux et peuvent donc être "intriqués". L'intrication est une propriété particulière des systèmes quantiques de plusieurs particules ou qubits qui est essentielle pour les ordinateurs quantiques :le résultat de la mesure d'un qubit dépend directement des résultats de mesure d'autres qubits, et vice versa.

Plus rapide signifie moins sujet aux erreurs

Les chercheurs démontrent comment ces qubits peuvent être utilisés pour produire des portes logiques, plus particulièrement la « porte NON contrôlée » (porte CNOT). Les portes logiques sont les blocs de construction de base que les ordinateurs classiques utilisent également pour effectuer des calculs. Si suffisamment de telles portes CNOT ainsi que des portes à un seul qubit sont combinées, toutes les opérations de calcul imaginables deviennent possibles. Ils forment ainsi la base des ordinateurs quantiques.

Cet article n'est pas le premier à proposer des portes logiques quantiques. "Notre méthode d'activation et d'intrication des qubits, cependant, a un avantage décisif sur les précédentes propositions comparables :il est au moins dix fois plus rapide, " dit Grimm. L'avantage, bien que, n'est pas seulement la vitesse à laquelle un ordinateur quantique basé sur ce concept pourrait calculer; par dessus tout, il traite de la susceptibilité du système aux erreurs. "Les qubits ne sont pas très stables. Si les processus d'intrication sont trop lents, il y a une plus grande probabilité que certains des qubits perdent leurs informations entre-temps, " explique Grimm. En fin de compte, ce que les chercheurs du PSI ont découvert, c'est un moyen de rendre ce type d'ordinateur quantique non seulement au moins dix fois plus rapide que des systèmes comparables, mais aussi moins sujet aux erreurs par le même facteur.