Impression d'artiste de deux spins d'électrons qui se parlent via un « médiateur quantique ». Les deux électrons sont chacun piégés dans une nanostructure semi-conductrice (point quantique). Les deux spins interagissent, et cette interaction est médiatisée par un tiers, point quantique vide au milieu. À l'avenir, le couplage sur de plus grandes distances peut être réalisé en utilisant d'autres objets intermédiaires pour arbitrer l'interaction. Cela permettra aux chercheurs de créer des réseaux bidimensionnels de spins couplés, qui agissent comme des bits quantiques dans un futur ordinateur quantique. Copyright :Tremani/TU Delft.
Les possibilités inégalées des ordinateurs quantiques sont actuellement encore limitées car l'échange d'informations entre les bits de ces ordinateurs est difficile, surtout sur de plus grandes distances. Le chef du groupe de travail FOM Lieven Vandersypen et ses collègues du centre de recherche QuTech et du Kavli Institute for Nanosciences (Delft University of Technology) ont réussi pour la première fois à permettre à deux bits quantiques non voisins sous la forme de spins électroniques dans les semi-conducteurs de communiquer avec l'un l'autre. Ils publient leurs recherches le 10 octobre dans Nature Nanotechnologie .
L'échange d'informations est quelque chose auquel nous pensons à peine ces jours-ci. Les gens communiquent constamment par e-mail, applications de messagerie mobile et appels téléphoniques. Techniquement, ce sont les bits de ces divers appareils qui communiquent entre eux. "Pour un ordinateur normal, cela ne pose absolument aucun problème, " dit le professeur Lieven Vandersypen. " Cependant, pour l'ordinateur quantique - qui est potentiellement beaucoup plus rapide que les ordinateurs actuels - cet échange d'informations entre bits quantiques est très complexe, surtout sur de longues distances."
Les électrons se parlent
Au sein du groupe de recherche de Vandersypen, Le doctorant Tim Baart et le postdoctorant Takafumi Fujita ont travaillé sur la communication entre bits quantiques. Chaque bit est constitué d'un seul électron avec une direction de spin (spin up ='0' et spin down ='1'). « D'après des recherches antérieures, nous savions que deux spins électroniques voisins pouvaient interagir entre eux, mais que cette interaction diminue fortement avec l'augmentation de la distance entre eux, " dit Baart. " Nous avons maintenant réussi à faire communiquer pour la première fois deux électrons non voisins. Pour y parvenir, nous avons utilisé un médiateur quantique :un objet qui peut échanger l'information entre les deux spins sur une plus grande distance."
La puce avec les contacts électriques utilisés pour créer les points quantiques. Crédit :Tim Baart.
Médiateur
Baart et Fujita ont positionné les électrons dans des points dits quantiques, où ils étaient maintenus en place par un champ électrique. Entre les deux points quantiques occupés, ils ont positionné un point quantique vide qui pourrait former une barrière énergétique entre les deux spins. "En ajustant le champ électrique autour de la boîte quantique vide, nous pourrions permettre aux électrons d'échanger leur information de spin via le mécanisme de superéchange :lorsque la barrière d'énergie est abaissée, les informations de rotation sont échangées, " dit Baart. "Cela fait que la boîte quantique vide agit comme un type de médiateur pour rendre possible l'interaction entre les bits quantiques. Par ailleurs, nous pouvons activer et désactiver cette interaction à volonté."
Ordinateur quantique rapide
Les recherches de Vandersypen et Baart constituent une étape importante dans la construction d'un ordinateur quantique plus grand dans lequel la communication entre bits quantiques sur de grandes distances est essentielle. Maintenant que le concept de ce médiateur quantique a été démontré en pratique, les chercheurs souhaitent augmenter la distance entre les spins des électrons et placer également d'autres types de « médiateurs » entre les bits quantiques.
Tim Baart a reçu son doctorat le 23 mai 2016 pour ses recherches sur cette technologie et d'autres. Ses recherches ont été financées par le programme d'études supérieures de l'Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique (NWO). Pour la fabrication de la puce, les chercheurs de Delft ont travaillé en étroite collaboration avec l'EPF de Zurich.
