(En bas à gauche) Les ordinateurs classiques stockent des données dans des bits qui peuvent avoir un état 0 ou 1. Les ordinateurs quantiques stockent des données dans des bits quantiques (qubits) qui peuvent avoir une superposition d'états 0 et 1. (En haut à gauche) Une représentation graphique des qubits de vacance d'azote (NV) fabriqués dans le diamant. (À droite) Ces NV ont été faites avec précision, réseaux denses (μm =micromètres) pour les futurs ordinateurs quantiques. Crédit :Dirk Englund, Massachusetts Institute of Technology, et Sara Jarret
Pendant des décennies, les scientifiques savaient qu'un ordinateur quantique, un appareil qui stocke et manipule des informations dans des objets quantiques tels que des atomes ou des photons, pouvait théoriquement effectuer certains calculs beaucoup plus rapidement que les schémas informatiques actuels. Mais construire les "pièces" d'un ordinateur quantique est une tâche de recherche monumentale. Une approche prometteuse consiste à utiliser la propriété quantique de « spin » des centres de lacune d'azote (NV) dans les diamants pour stocker et traiter les données. Mais bien placer ces centres est un défi majeur. Récemment, des chercheurs ont construit des chaînes de centres NV en diamant avec plus de précision que n'importe quel effort précédent.
La technologie de nanophotonique du diamant est un concurrent majeur pour les futurs ordinateurs optiques. Ce travail fournit une voie tout à fait appropriée pour la production à grande échelle de portes logiques quantiques pour les ordinateurs quantiques qui approchent la puissance de l'esprit humain.
Les scientifiques du Massachusetts Institute of Technology ont créé une voie tout à fait appropriée pour la production à grande échelle de portes logiques quantiques. Ces portes sont un composant essentiel pour les architectures d'informatique quantique. Au Centre des nanomatériaux fonctionnels, les chercheurs ont fabriqué les pochoirs à base de silicium. Ils ont utilisé les pochoirs pour modeler les centres NV. Les pochoirs possédaient des caractéristiques aussi petites que 2 nanomètres, soit près de 10 fois plus petites que n'importe quelle démonstration précédente. Ces appareils sont compatibles avec les densités requises pour les ordinateurs quantiques.
Dans les diamants, les lacunes d'azote ont des états de spin des électrons qui pourraient être utiles pour les futurs ordinateurs quantiques. Les niveaux de triplet de spin d'électrons NV peuvent être facilement manipulés pour créer des états de longue durée (plus de quelques millisecondes) à température ambiante et des états encore plus longs (environ une seconde) à la température de l'azote liquide. Pour étendre cette approche pour créer plus de qubits, les chercheurs ont conçu une technique de fabrication qui a produit des ensembles bien espacés de plusieurs NV. L'espacement est nécessaire pour permettre aux états de se coupler afin qu'ils durent plus longtemps. Leur technique est basée sur des masques fabriqués à partir de 270 nanomètres d'épaisseur, pochoirs à base de silicone, permettant de tasser sur la surface des défauts de 1 nanomètre.
L'approche de l'équipe combinait la faible largeur à mi-hauteur de l'implantation de la pointe de microscopie à force atomique avec la structuration rapide disponible à l'aide de la lithographie par faisceau d'électrons. L'équipe a utilisé les pochoirs pour atteindre un régime où la distribution de l'azote n'est plus limitée par la taille de l'ouverture sur le pochoir mais par le processus de base de diffusion de l'azote implanté dans le réseau en diamant. Les travaux de l'équipe ouvrent la porte à la création évolutive d'ensembles de spins isolés pour l'informatique quantique de nouvelle génération.
