Les chercheurs ont créé un état de superposition quantique dans une nanostructure semi-conductrice qui pourrait servir de base à l'informatique quantique. L'astuce :deux impulsions laser optiques qui agissent comme une seule impulsion laser térahertz.
Une équipe de recherche germano-chinoise a réussi à créer un bit quantique dans une nanostructure semi-conductrice. À l’aide d’une transition énergétique spéciale, les chercheurs ont créé un état de superposition dans un point quantique – une minuscule zone du semi-conducteur – dans lequel un trou électronique possédait simultanément deux niveaux d’énergie différents. De tels états de superposition sont fondamentaux pour l'informatique quantique.
Cependant, l’excitation de l’État nécessiterait un laser à électrons libres à grande échelle capable d’émettre de la lumière dans la gamme des térahertz. De plus, cette longueur d’onde est trop longue pour focaliser le faisceau sur le petit point quantique. L'équipe germano-chinoise a maintenant réussi l'excitation avec deux impulsions laser optiques de courte longueur d'onde finement réglées.
L'équipe dirigée par Feng Liu de l'Université du Zhejiang à Hangzhou, en collaboration avec un groupe dirigé par le Dr Arne Ludwig de l'Université de la Ruhr à Bochum et d'autres chercheurs de Chine et du Royaume-Uni, rapportent leurs découvertes dans la revue Nature Nanotechnology. , mis en ligne le 24 juillet 2023.
L’équipe a utilisé la transition dite Auger radiative. Dans ce processus, un électron se recombine avec un trou, libérant son énergie en partie sous la forme d'un photon unique et en partie en transférant l'énergie à un autre électron. Le même processus peut également être observé avec les trous électroniques, c’est-à-dire les électrons manquants. En 2021, une équipe de recherche a réussi pour la première fois à stimuler spécifiquement la transition Auger radiative dans un semi-conducteur.
Dans le projet actuel, les chercheurs ont montré que le processus radiatif Auger peut être piloté de manière cohérente. Ils ont utilisé deux faisceaux laser différents avec des intensités dans un rapport spécifique l'une par rapport à l'autre. Avec le premier laser, ils ont excité une paire électron-trou dans le point quantique pour créer une quasi-particule composée de deux trous et d’un électron. Avec un deuxième laser, ils ont déclenché le processus radiatif Auger pour élever un trou vers une série d'états d'énergie plus élevés.
L’équipe a utilisé des impulsions laser finement réglées pour créer une superposition entre l’état fondamental du trou et l’état d’énergie supérieur. Le trou existait donc simultanément dans les deux États. De telles superpositions sont à la base des bits quantiques qui, contrairement aux bits conventionnels, existent non seulement dans les états « 0 » et « 1 », mais également dans les superpositions des deux.
Hans-Georg Babin a produit les échantillons de semi-conducteurs de haute pureté pour l'expérience à l'université de la Ruhr à Bochum sous la supervision du Dr Arne Ludwig de la chaire de physique appliquée du solide dirigée par le professeur Andreas Wieck. Ce faisant, les chercheurs ont augmenté l’homogénéité d’ensemble des points quantiques et ont assuré la grande pureté des structures produites. Ces mesures ont facilité la réalisation des expériences par les partenaires chinois travaillant avec Jun-Yong Yan et Feng Liu.
Plus d'informations : Jun-Yong Yan et al, Contrôle cohérent d'un trou orbital élevé dans un point quantique semi-conducteur, Nature Nanotechnology (2023). DOI :10.1038/s41565-023-01442-y
Informations sur le journal : Nanotechnologie naturelle
Fourni par Ruhr-Universitaet-Bochum
