Les futurs ordinateurs quantiques pourraient être basés sur des électrons flottant au-dessus de l'hélium liquide, selon une étude réalisée par un physicien et ses collaborateurs de RIKEN, parue dans Physical Review Applied. .
Les ordinateurs d'aujourd'hui reposent sur la navette d'électrons dans le silicium. Les électrons dans le silicium pourraient également constituer la base d’une race d’ordinateurs complètement différente :les ordinateurs quantiques. De nombreux efforts sont en cours pour réaliser des ordinateurs quantiques utilisant des électrons dans divers cristaux à l'état solide, à commencer par le silicium.
En exploitant la nature quantique de minuscules objets, les ordinateurs quantiques promettent de révolutionner l'informatique en résolvant des problèmes insolubles à l'aide des superordinateurs les plus puissants disponibles aujourd'hui.
Même si les efforts visant à créer des qubits à l'aide d'électrons dans des cristaux à l'état solide ont connu un succès significatif, augmenter le nombre de qubits (l'équivalent quantique des bits) est un défi car les défauts et les impuretés dans les cristaux à l'état solide créent des potentiels électriques imprévisibles, ce qui rend difficile la production de qubits. de nombreux qubits uniformes.
Une façon de surmonter ce problème serait d'utiliser des électrons flottant dans le vide comme qubits, puisque le vide est exempt de défauts.
"Les cristaux solides présenteront toujours des défauts, ce qui signifie que nous ne pouvons pas créer un environnement parfait pour les électrons", explique Erika Kawakami du RIKEN Center for Quantum Computing. "C'est problématique si nous voulons créer un grand nombre de qubits uniformes. Il est donc préférable d'avoir des qubits sous vide."
En 1999, des chercheurs ont théoriquement proposé pour la première fois de réaliser des qubits basés sur des électrons flottant sur de l’hélium liquide. Dans ce système physique, les électrons flottent dans le vide légèrement au-dessus de la surface de l'hélium liquide. Il s'agissait d'une proposition révolutionnaire, mais elle se limitait aux opérations de base des portes quantiques, car la recherche sur l'informatique quantique en était encore à ses balbutiements.
Aujourd'hui, dans une étude théorique, l'équipe a montré comment les portes quantiques peuvent être réalisées plus concrètement en utilisant des électrons flottant au-dessus de l'hélium liquide.
Au cœur de leur proposition se trouve un qubit hybride impliquant l’état de charge quantifié verticalement et l’état de spin d’un électron flottant. L’état de charge de l’électron lui permet d’être facilement manipulé sur des distances modérées à l’aide d’un champ électrique, tandis que l’état de spin peut être utilisé pour stocker des données de manière stable. L'interaction entre les états de spin et de charge de l'électron permet aux données d'être transférées entre les deux propriétés électroniques.
"Nous avons proposé comment réaliser des portes à un et deux qubits en utilisant des électrons sur de l'hélium et avons estimé leurs fidélités", explique Kawakami. "Nous avons également précisé comment augmenter le nombre de qubits. C'est quelque chose de nouveau."
Leur système utilise un ensemble de minuscules piliers ferromagnétiques pour piéger les électrons au-dessus de l'hélium. Il devrait être possible d'insérer plus de 10 millions de qubits dans une zone de la taille d'un timbre-poste.
L'équipe a désormais l'intention de relever le défi de mettre en œuvre sa proposition de manière expérimentale.
Plus d'informations : Erika Kawakami et al, Plan directeur pour l'informatique quantique utilisant des électrons sur de l'hélium, Physical Review Applied (2023). DOI :10.1103/PhysRevApplied.20.054022. Sur arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2303.03688
Informations sur le journal : Examen physique appliqué , arXiv
Fourni par RIKEN
