Une équipe tout-RIKEN a augmenté le nombre de qubits de spin à base de silicium pouvant être intriqués de deux à trois, mettant en évidence le potentiel des qubits de spin pour la réalisation d'algorithmes quantiques multi-qubits.

Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de laisser les ordinateurs conventionnels dans la poussière lors de l'exécution de certains types de calculs. Ils sont basés sur des bits quantiques, ou qubits, l'équivalent quantique des bits que les ordinateurs conventionnels utilisent.

Bien que moins mature que certaines autres technologies qubit, de minuscules gouttes de silicium connues sous le nom de points quantiques de silicium ont plusieurs propriétés qui les rendent très attrayantes pour la réalisation de qubits. Ceux-ci incluent de longs temps de cohérence, commande électrique haute fidélité, fonctionnement à haute température et grand potentiel d'évolutivité. Cependant, pour connecter utilement plusieurs qubits de spin à base de silicium, il est crucial de pouvoir intricer plus de deux qubits, un exploit qui avait échappé aux physiciens jusqu'à présent.

Seigo Tarucha et cinq collègues, le tout au RIKEN Center for Emergent Matter Science, ont maintenant initialisé et mesuré un réseau de trois qubits en silicium avec une haute fidélité (la probabilité qu'un qubit soit dans l'état attendu). Ils ont également combiné les trois qubits intriqués dans un seul appareil.

Cette démonstration est une première étape vers l'extension des capacités des systèmes quantiques basés sur les qubits de spin. "Une opération à deux qubits est assez bonne pour effectuer des calculs logiques fondamentaux, " explique Tarucha. " Mais un système à trois qubits est l'unité minimale pour étendre et mettre en œuvre la correction d'erreurs. "

Le dispositif de l'équipe consistait en un triple point quantique sur une hétérostructure silicium/silicium-germanium et est contrôlé par des portes en aluminium. Chaque point quantique peut héberger un électron, dont les états de spin-up et de spin-down codent un qubit. Un aimant sur puce génère un gradient de champ magnétique qui sépare les fréquences de résonance des trois qubits, afin qu'ils puissent être traités individuellement.

Les chercheurs ont d'abord intriqué deux des qubits en mettant en œuvre une porte à deux qubits, un petit circuit quantique qui constitue la pierre angulaire des dispositifs d'informatique quantique. Ils ont ensuite réalisé un enchevêtrement à trois qubits en combinant le troisième qubit et la porte. L'état à trois qubits résultant avait une fidélité d'état remarquablement élevée de 88 %, et était dans un état enchevêtré qui pouvait être utilisé pour la correction d'erreurs.

Cette démonstration n'est que le début d'un ambitieux programme de recherche menant à un ordinateur quantique à grande échelle. "Nous prévoyons de démontrer la correction d'erreur primitive en utilisant le périphérique à trois qubits et de fabriquer des périphériques avec dix qubits ou plus, " précise Tarucha. " Nous prévoyons ensuite de développer 50 à 100 qubits et de mettre en place des protocoles de correction d'erreurs plus sophistiqués, ouvrant la voie à un ordinateur quantique à grande échelle d'ici une décennie."