Un seul qubit central T dans le réseau de silicium (rendu), qui prend en charge le premier spin unique jamais observé optiquement dans le silicium. Les constituants du centre T (deux atomes de carbone et un atome d'hydrogène) sont représentés en orange, et le spin électronique adressable optiquement est en bleu pâle brillant. Crédit :photonique
Des chercheurs de l'Université Simon Fraser ont fait une percée cruciale dans le développement de la technologie quantique.
Leurs recherches, publiées dans Nature aujourd'hui, décrit leurs observations de plus de 150 000 qubits de photon-spin « centre T » en silicium, une étape importante qui ouvre des opportunités immédiates pour construire des ordinateurs quantiques massivement évolutifs et l'Internet quantique qui les connectera.
L'informatique quantique a un énorme potentiel pour fournir une puissance de calcul bien au-delà des capacités des superordinateurs actuels, ce qui pourrait permettre des avancées dans de nombreux autres domaines, notamment la chimie, la science des matériaux, la médecine et la cybersécurité.
Pour que cela devienne réalité, il est nécessaire de produire à la fois des qubits stables et à longue durée de vie qui fournissent une puissance de traitement, ainsi que la technologie de communication qui permet à ces qubits de se relier à grande échelle.
Des recherches antérieures ont indiqué que le silicium peut produire certains des qubits les plus stables et les plus durables de l'industrie. Désormais, la recherche publiée par Daniel Higginbottom, Alex Kurkjian et leurs co-auteurs fournit une preuve de principe selon laquelle les centres T, un défaut luminescent spécifique du silicium, peuvent fournir un "lien photonique" entre les qubits. Cela vient du SFU Silicon Quantum Technology Lab du département de physique de SFU, co-dirigé par Stephanie Simmons, titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les technologies du silicium quantique et Michael Thewalt, professeur émérite.
Un réseau de dispositifs photoniques intégrés, utilisé pour effectuer la première mesure de spin unique tout optique dans le silicium. Un seul spin luminescent est rendu au centre de chaque "micropuck". Une flèche en spirale indique le couplage photonique de l'un de ces qubits de spin. Crédit :photonique
"Ce travail est la première mesure de centres T uniques isolés, et en fait, la première mesure d'un spin unique dans le silicium à être effectuée avec uniquement des mesures optiques", déclare Stephanie Simmons.
"Un émetteur comme le centre T qui combine des qubits de spin hautes performances et la génération de photons optiques est idéal pour créer des ordinateurs quantiques évolutifs et distribués, car ils peuvent gérer le traitement et les communications ensemble, plutôt que d'avoir à interfacer deux technologies quantiques différentes, un pour le traitement et un pour les communications », explique Simmons.
De plus, les centres T ont l'avantage d'émettre de la lumière à la même longueur d'onde qu'utilisent aujourd'hui les équipements métropolitains de communication par fibre optique et de réseau de télécommunications.
Une image au microscope optique d'un réseau de dispositifs photoniques intégrés, utilisée pour effectuer la première mesure de spin unique tout optique dans le silicium. Des dizaines de milliers de ces dispositifs « micropuck » ont été fabriqués sur une seule puce photonique en silicium. Crédit :photonique
"Avec les centres T, vous pouvez créer des processeurs quantiques qui communiquent de manière inhérente avec d'autres processeurs", explique Simmons. "Lorsque votre qubit de silicium peut communiquer en émettant des photons (lumière) dans la même bande utilisée dans les centres de données et les réseaux de fibre, vous bénéficiez des mêmes avantages pour connecter les millions de qubits nécessaires à l'informatique quantique."
Le développement de la technologie quantique à l'aide de silicium offre des opportunités pour faire évoluer rapidement l'informatique quantique. L'industrie mondiale des semi-conducteurs est déjà en mesure de fabriquer à grande échelle et à peu de frais des puces informatiques en silicium, avec un degré de précision stupéfiant. Cette technologie constitue l'épine dorsale de l'informatique et des réseaux modernes, des smartphones aux superordinateurs les plus puissants du monde.
Les données révélant la première observation optique des spins dans le silicium. Les balayages à deux lasers d'un seul spin révèlent des pics centraux distincts de spin-split; ici, les données expérimentales sont visualisées sous forme de mosaïque extrudée. Crédit :photonique
Les données révélant la première observation optique des spins dans le silicium. Les balayages à deux lasers d'un seul spin révèlent des pics centraux distincts de spin-split; ici, les données expérimentales sont visualisées sous forme de carte thermique en mosaïque. Crédit :photonique
"En trouvant un moyen de créer des processeurs informatiques quantiques en silicium, vous pouvez tirer parti de toutes les années de développement, de connaissances et d'infrastructures utilisées pour fabriquer des ordinateurs conventionnels, plutôt que de créer une toute nouvelle industrie pour la fabrication quantique", déclare Simmons. "Cela représente un avantage concurrentiel presque insurmontable dans la course internationale à l'ordinateur quantique." Un état intriqué à trois qubits a été réalisé dans un réseau entièrement contrôlable de qubits de spin dans du silicium
