Une nouvelle étude indique des trous la solution au compromis vitesse/cohérence opérationnelle, augmentation potentielle des qubits vers un mini-ordinateur quantique.

Les ordinateurs quantiques devraient être beaucoup plus puissants et fonctionnels que les ordinateurs « classiques » d'aujourd'hui.

Une façon de faire un bit quantique est d'utiliser le « spin » d'un électron, qui peut pointer vers le haut ou vers le bas. Pour rendre les ordinateurs quantiques aussi rapides et économes en énergie que possible, nous aimerions les faire fonctionner en utilisant uniquement des champs électriques, qui sont appliqués à l'aide d'électrodes ordinaires.

Bien que le spin ne « parle » habituellement pas aux champs électriques, dans certains matériaux, les spins peuvent interagir indirectement avec les champs électriques, et ce sont quelques-uns des matériaux les plus chauds actuellement étudiés en informatique quantique.

L'interaction qui permet aux spins de parler aux champs électriques s'appelle l'interaction spin-orbite, et remonte à la théorie de la relativité d'Einstein.

La crainte des chercheurs en informatique quantique était que lorsque cette interaction est forte, tout gain de vitesse de fonctionnement serait compensé par une perte de cohérence (essentiellement, combien de temps nous pouvons conserver l'information quantique).

"Si les électrons commencent à parler aux champs électriques que nous appliquons en laboratoire, cela signifie qu'ils sont également exposés à des indésirables, les champs électriques fluctuants qui existent dans tout matériau (appelé génériquement « bruit ») et les informations quantiques fragiles de ces électrons seraient détruites, " déclare A/Prof Dimi Culcer (UNSW/FLEET), qui a dirigé l'étude de la feuille de route théorique.

"Mais notre étude a montré que cette peur n'est pas justifiée."

"Nos études théoriques montrent qu'une solution est atteinte en utilisant des trous, qui peut être considérée comme l'absence d'un électron, se comportant comme des électrons chargés positivement."

De cette façon, un bit quantique peut être rendu robuste contre les fluctuations de charge provenant du fond solide.

De plus, le « sweet spot » auquel le qubit est le moins sensible à un tel bruit est également le point auquel il peut être utilisé le plus rapidement.

"Notre étude prédit qu'un tel point existe dans chaque bit quantique fait de trous et fournit un ensemble de directives aux expérimentateurs pour atteindre ces points dans leurs laboratoires, " dit Dimi.

Atteindre ces points facilitera les efforts expérimentaux pour préserver l'information quantique le plus longtemps possible. Cela fournira également des stratégies pour « augmenter l'échelle » des bits quantiques, c'est-à-dire, construire un « tableau » de bits qui fonctionnerait comme un mini-ordinateur quantique.

"Cette prédiction théorique est d'une importance clé pour la mise à l'échelle des processeurs quantiques et les premières expériences ont déjà été réalisées, " déclare le professeur Sven Rogge du Center for Quantum Computing and Communication Technology (CQC2T)."

"Nos récentes expériences sur les qubits de trous utilisant des accepteurs dans le silicium ont déjà démontré des temps de cohérence plus longs que prévu, " déclare le professeur adjoint Joe Salfi de l'Université de la Colombie-Britannique. " Il est encourageant de constater que ces observations reposent sur une solide base théorique. Les perspectives pour les qubits de trous sont vraiment brillantes."

Le papier, « Points de fonctionnement optimaux pour l'ultrarapide, qubits de spin-orbite de trou Ge hautement cohérents, " a été publié dans la revue partenaire Nature Informations quantiques npj en avril 2021.