Dans la course pour produire un ordinateur quantique, un certain nombre de projets cherchent un moyen de créer des bits quantiques - ou qubits - stables, ce qui signifie qu'ils ne sont pas beaucoup affectés par les changements dans leur environnement. Cela nécessite normalement des éléments non dissipatifs hautement non linéaires capables de fonctionner à des températures très basses.

Dans la poursuite de cet objectif, chercheurs du Laboratoire de Photonique et Mesures Quantiques LPQM (STI/SB) de l'EPFL, ont étudié un condensateur quantique non linéaire à base de graphène, compatible avec les conditions cryogéniques des circuits supraconducteurs, et basé sur des matériaux bidimensionnels (2D). Lorsqu'il est connecté à un circuit, ce condensateur a le potentiel de produire des qubits stables et offre également d'autres avantages, comme étant relativement plus facile à fabriquer que de nombreux autres dispositifs cryogéniques non linéaires connus, et étant beaucoup moins sensible aux interférences électromagnétiques. Cette recherche a été publiée dans Matériaux et applications 2D .

Les ordinateurs numériques normaux fonctionnent sur la base d'un code binaire composé de bits avec une valeur de 0 ou 1. Dans les ordinateurs quantiques, les bits sont remplacés par des qubits, qui peut être dans deux états simultanément, avec superposition arbitraire. Cela augmente considérablement leur capacité de calcul et de stockage pour certaines classes d'applications. Mais faire des qubits n'est pas une mince affaire :les phénomènes quantiques nécessitent des conditions très contrôlées, y compris les très basses températures.

Pour produire des qubits stables, une approche prometteuse consiste à utiliser des circuits supraconducteurs, dont la plupart fonctionnent sur la base de l'effet Josephson. Malheureusement, ils sont difficiles à réaliser et sensibles aux champs magnétiques parasites perturbateurs. Cela signifie que le circuit ultime doit être extrêmement bien blindé à la fois thermiquement et électromagnétiquement, ce qui empêche une intégration compacte.

Au LPQM de l'EPFL, cette idée d'un condensateur facile à faire, moins encombrants et moins sujets aux interférences a été exploré. Il s'agit d'un isolant en nitrure de bore pris en sandwich entre deux feuilles de graphène. Grâce à cette structure sandwich et aux propriétés inhabituelles du graphène, la charge entrante n'est pas proportionnelle à la tension générée. Cette non-linéarité est une étape nécessaire dans le processus de génération de bits quantiques. Ce dispositif pourrait améliorer considérablement la façon dont l'information quantique est traitée, mais il existe également d'autres applications potentielles. Il pourrait être utilisé pour créer des circuits haute fréquence très non linéaires - jusqu'au régime térahertz - ou pour des mélangeurs, amplificateurs, et un couplage ultra fort entre les photons.