L’électronique quantique du futur sera considérablement différente de l’électronique conventionnelle. Alors que la mémoire de cette dernière est stockée sous forme de chiffres binaires, la première est stockée sous forme de qubits, qui peuvent prendre de nombreuses formes, comme des électrons piégés dans des nanostructures appelées points quantiques. Cependant, les défis liés à la transmission de ces informations à un endroit plus éloigné que le point quantique adjacent ont une conception de qubit limitée.
Or, dans une étude récemment publiée dans Physical Review Letters , des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo résolvent ce problème. Ils ont développé une nouvelle technologie permettant de transmettre des informations quantiques sur des dizaines, voire des centaines de micromètres. Cette avancée pourrait améliorer les fonctionnalités de la prochaine électronique quantique.
Comment les chercheurs peuvent-ils transmettre des informations quantiques, d’un point quantique à un autre, sur la même puce informatique quantique ? Une solution pourrait consister à convertir les informations électroniques (matière) en informations lumineuses (ondes électromagnétiques), en générant des états hybrides lumière-matière.
Les travaux antérieurs étaient incompatibles avec les besoins à un électron du traitement de l'information quantique. Améliorer la transmission d'informations quantiques à grande vitesse d'une manière plus flexible dans la conception et compatible avec les outils de fabrication de semi-conducteurs actuellement disponibles était l'objectif de l'étude de l'équipe de recherche.
"Dans notre travail, nous couplons quelques électrons du point quantique à un circuit électrique connu sous le nom de résonateur à anneau brisé térahertz", explique Kazuyuki Kuroyama, auteur principal de l'étude. "La conception est simple et adaptée à une intégration à grande échelle."
Des travaux antérieurs reposaient sur le couplage du résonateur avec un ensemble de milliers à dizaines de milliers d’électrons. En fait, la force de couplage repose sur la grande taille de cet ensemble. En revanche, le système actuel ne confine que quelques électrons, ce qui convient au traitement de l'information quantique. Néanmoins, les électrons et les ondes électromagnétiques térahertz sont confinés à une zone ultra-petite. Par conséquent, la force de couplage est comparable à celle des systèmes à plusieurs électrons.
"Nous sommes ravis car nous utilisons des structures répandues dans les nanotechnologies avancées et couramment intégrées dans la fabrication de semi-conducteurs pour aider à résoudre un problème pratique de transmission d'informations quantiques", déclare Kazuhiko Hirakawa, auteur principal. "Nous sommes également impatients d'appliquer nos découvertes à la compréhension de la physique fondamentale des états couplés lumière-électron."
Ce travail constitue une avancée importante dans la résolution d’un problème auparavant épineux lié à la transmission d’informations quantiques dont les applications des résultats de laboratoire sont limitées. De plus, cette interconversion lumière-matière est considérée comme l’une des architectures essentielles pour les ordinateurs quantiques à grande échelle basés sur des points quantiques semi-conducteurs. Étant donné que les résultats des chercheurs sont basés sur des matériaux et des procédures courants dans la fabrication de semi-conducteurs, la mise en œuvre pratique devrait être simple.
Plus d'informations : Kazuyuki Kuroyama et al, Interaction cohérente d'un point quantique à quelques électrons avec un résonateur optique térahertz, Physical Review Letters (2024). DOI :10.1103/PhysRevLett.132.066901. Sur arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2204.10522
Fourni par l'Université de Tokyo
