Schéma du processeur quantique à quatre qubits fabriqué à l'aide de la technologie de fabrication de semi-conducteurs. Crédit :Nico Hendrickx (QuTech)
Les processeurs sont construits à l'aide de la technologie des semi-conducteurs, qui est capable de mettre des milliards de transistors sur une seule puce. Maintenant, chercheurs du groupe de Menno Veldhorst à QuTech, une collaboration entre TU Delft et TNO, ont montré que cette technologie peut être utilisée pour construire un tableau bidimensionnel de qubits pour fonctionner comme un processeur quantique. Leur travail, une étape cruciale pour la technologie quantique évolutive, a été publié aujourd'hui dans La nature .
Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de résoudre des problèmes impossibles à résoudre avec les ordinateurs classiques. Alors que les dispositifs quantiques actuels contiennent des dizaines de qubits - la pierre angulaire de la technologie quantique - un futur ordinateur quantique universel capable d'exécuter n'importe quel algorithme quantique comprendra probablement des millions à des milliards de qubits. Les qubits à points quantiques promettent d'être une approche évolutive car ils peuvent être définis à l'aide de techniques de fabrication de semi-conducteurs standard. Veldhorst :"En mettant quatre de ces qubits dans une grille deux par deux, démontrant un contrôle universel sur tous les qubits, et faire fonctionner un circuit quantique qui enchevêtre tous les qubits, nous avons fait un pas en avant important dans la réalisation d'une approche évolutive pour le calcul quantique."
Un processeur quantique complet
Des électrons piégés dans des points quantiques, des structures semi-conductrices de quelques dizaines de nanomètres seulement, ont été étudiés pendant plus de deux décennies en tant que plate-forme d'information quantique. Malgré toutes les promesses, la mise à l'échelle au-delà de la logique à deux qubits est restée insaisissable. Pour briser cette barrière, les groupes de Menno Veldhorst et Giordano Scappucci ont décidé d'adopter une approche totalement différente et ont commencé à travailler avec des trous (c'est-à-dire, électrons manquants) dans le germanium. En utilisant cette approche, les mêmes électrodes nécessaires pour définir les qubits pourraient également être utilisées pour les contrôler et les enchevêtrer.
"Aucune grande structure supplémentaire ne doit être ajoutée à côté de chaque qubit de sorte que nos qubits soient presque identiques aux transistors d'une puce informatique, " dit Nico Hendrickx, étudiant diplômé dans le groupe de Menno Veldhorst et premier auteur de l'article. "En outre, nous avons obtenu un excellent contrôle et pouvons coupler des qubits à volonté, nous permettant d'en programmer un, deux, Trois, et des portes à quatre qubits, des circuits quantiques très compacts prometteurs."
Menno Veldhorst et Nico Hendrickx debout à côté de la configuration hébergeant le processeur quantique au germanium. Crédit :Marieke de Lorijn (QuTech)
La 2D est la clé
Après avoir créé avec succès le premier qubit de points quantiques au germanium en 2019, le nombre de qubits sur leurs puces a doublé chaque année. "Quatre qubits ne font en aucun cas un ordinateur quantique universel, bien sûr, " dit Veldhorst. " Mais en plaçant les qubits dans une grille deux par deux, nous savons maintenant comment contrôler et coupler les qubits dans différentes directions. " Toute architecture réaliste pour intégrer un grand nombre de qubits nécessite qu'ils soient interconnectés selon deux dimensions.
Germanium en tant que plate-forme hautement polyvalente
La démonstration de la logique à quatre qubits en germanium définit l'état de l'art dans le domaine des points quantiques et marque une étape importante vers la densité, et étendu, grilles qubit semi-conductrices bidimensionnelles. Outre sa compatibilité avec la fabrication avancée de semi-conducteurs, Le germanium est également un matériau très polyvalent. Il possède des propriétés physiques intéressantes telles que le couplage spin-orbite et il peut entrer en contact avec des matériaux tels que les supraconducteurs. Le germanium est donc considéré comme une excellente plateforme dans plusieurs technologies quantiques. Veldhorst : « Maintenant que nous savons fabriquer du germanium et exploiter une gamme de qubits, la route de l'information quantique du germanium peut vraiment commencer."
