Selon les chercheurs, la nouvelle technique permettant de concevoir du silicium ultra-pur en fait le matériau idéal pour fabriquer des ordinateurs quantiques à grande échelle et avec une grande précision.

Le professeur David Jamieson, co-superviseur du projet, de l'Université de Melbourne, a déclaré que l'innovation était publiée dans Communications Materials. , utilise des qubits d'atomes de phosphore implantés dans des cristaux de silicium pur et stable et pourrait surmonter un obstacle critique à l'informatique quantique en prolongeant la durée d'une cohérence quantique notoirement fragile.

"Une cohérence quantique fragile signifie que les erreurs de calcul s'accumulent rapidement. Grâce à la cohérence robuste fournie par notre nouvelle technique, les ordinateurs quantiques pourraient résoudre en quelques heures ou minutes certains problèmes qui prendraient des siècles aux ordinateurs conventionnels ou "classiques", voire aux superordinateurs", a déclaré le professeur Jamieson.

Les bits ou qubits quantiques, les éléments constitutifs des ordinateurs quantiques, sont sensibles à de minuscules changements dans leur environnement, notamment des fluctuations de température. Même lorsqu'ils fonctionnent dans des réfrigérateurs tranquilles proches du zéro absolu (moins 273 degrés Celsius), les ordinateurs quantiques actuels peuvent maintenir une cohérence sans erreur pendant seulement une infime fraction de seconde.

Le professeur Richard Curry, co-superviseur de l'Université de Manchester, a déclaré que le silicium ultra-pur permettait la construction de dispositifs qubit hautes performances, un composant essentiel nécessaire pour ouvrir la voie à des ordinateurs quantiques évolutifs.

"Ce que nous avons réussi à faire, c'est de créer efficacement une "brique" essentielle à la construction d'un ordinateur quantique à base de silicium. Il s'agit d'une étape cruciale pour créer une technologie susceptible de transformer l'humanité", a déclaré le professeur Curry.

L'auteur principal, Ravi Acharya, chercheur Cookson à l'Université de Manchester et à l'Université de Melbourne, a déclaré que le grand avantage de l'informatique quantique sur puce de silicium était qu'elle utilisait les mêmes techniques essentielles qui fabriquent les puces utilisées dans les ordinateurs d'aujourd'hui.

"Les puces électroniques actuellement présentes dans un ordinateur quotidien sont constituées de milliards de transistors. Ceux-ci peuvent également être utilisés pour créer des qubits pour des dispositifs quantiques à base de silicium. La capacité de créer des qubits de silicium de haute qualité a été en partie limitée à ce jour par la pureté du silicium. matériau de départ utilisé. La pureté révolutionnaire que nous montrons ici résout ce problème. "

Le professeur Jamieson a déclaré que les nouvelles puces informatiques en silicium hautement purifié hébergent et protègent les qubits afin qu'ils puissent maintenir la cohérence quantique beaucoup plus longtemps, permettant ainsi des calculs complexes avec un besoin considérablement réduit de correction d'erreurs.

"Notre technique ouvre la voie à des ordinateurs quantiques fiables qui promettent des changements radicaux dans la société, notamment dans les domaines de l'intelligence artificielle, des données et communications sécurisées, de la conception de vaccins et de médicaments, ainsi que de la consommation d'énergie, de la logistique et de la fabrication", a-t-il déclaré.

Le silicium, fabriqué à partir de sable de plage, est aujourd'hui le matériau clé de l'industrie des technologies de l'information, car il s'agit d'un semi-conducteur abondant et polyvalent :il peut agir comme conducteur ou isolant du courant électrique, selon les autres éléments chimiques qui y sont ajoutés. /P>

"D'autres expérimentent des alternatives, mais nous pensons que le silicium est le principal candidat pour les puces informatiques quantiques qui permettront la cohérence durable requise pour des calculs quantiques fiables", a déclaré le professeur Jamieson.

"Le problème est que même si le silicium d'origine naturelle est principalement l'isotope souhaitable du silicium-28, il contient également environ 4,5 % de silicium-29. Le silicium-29 possède un neutron supplémentaire dans le noyau de chaque atome qui agit comme un minuscule aimant voyou, détruisant la cohérence quantique et créant des erreurs informatiques", a-t-il déclaré.

Les chercheurs ont dirigé un faisceau focalisé à grande vitesse de silicium-28 pur sur une puce de silicium afin que le silicium-28 remplace progressivement les atomes de silicium-29 dans la puce, réduisant ainsi le silicium-29 de 4,5 % à deux parties par million (0,0002 %). ).

"La bonne nouvelle est que pour purifier le silicium à ce niveau, nous pouvons désormais utiliser une machine standard - un implanteur d'ions - que l'on trouve dans n'importe quel laboratoire de fabrication de semi-conducteurs, adaptée à une configuration spécifique que nous avons conçue", a déclaré le professeur Jamieson. P>

Dans une recherche publiée précédemment avec le Centre d’excellence ARC pour le calcul quantique et les technologies de communication, l’Université de Melbourne a établi – et détient toujours – le record mondial de cohérence d’un seul qubit de 30 secondes en utilisant du silicium moins purifié. Trente secondes suffisent amplement pour effectuer des calculs quantiques complexes et sans erreur.

Le professeur Jamieson a déclaré que les plus grands ordinateurs quantiques existants possédaient plus de 1 000 qubits, mais que des erreurs se produisaient en quelques millisecondes en raison d'une perte de cohérence.

"Maintenant que nous pouvons produire du silicium-28 extrêmement pur, notre prochaine étape consistera à démontrer que nous pouvons maintenir une cohérence quantique pour de nombreux qubits simultanément. Un ordinateur quantique fiable avec seulement 30 qubits dépasserait la puissance des superordinateurs actuels pour certaines applications." dit-il.

Un rapport de 2020 du CSIRO australien estime que l'informatique quantique en Australie a le potentiel de créer 10 000 emplois et 2,5 milliards de dollars de revenus annuels d'ici 2040.

"Nos recherches nous rapprochent beaucoup plus de la réalisation de ce potentiel", a déclaré le professeur Jamieson.