Pour la première fois, des chercheurs ont démontré que les propriétés de la famille des matériaux pérovskites peuvent être utilisées pour créer des qubits. Ces travaux, publiés dans la revue Nature Communications, ouvrent la voie à des matériaux plus abordables pour les futurs ordinateurs quantiques.
Selon les chercheurs de l’Université de Linköping, en Suède, à l’origine de l’étude, peu de personnes dans le domaine croyaient que cela serait possible. La raison est que les atomes des matériaux pérovskites devraient, en théorie, interagir si fortement que le qubit s’effondrerait avant que le calcul ne soit terminé. Pourtant, les expériences menées par l’équipe de Linköping montrent que cela fonctionne.
« Nos découvertes ouvrent un tout nouveau champ de recherche », explique Yuttapoom Puttisong, professeur associé à l’Université de Linköping.
Les chercheurs espèrent que ce nouveau domaine de recherche contribuera finalement à la construction d’un ordinateur quantique fonctionnel, capable d’effectuer des calculs avancés que les supercalculateurs traditionnels d’aujourd’hui ne peuvent pas gérer. Un ordinateur quantique fonctionne en utilisant des qubits, ou bits quantiques, pour traiter l’information. Ils peuvent être comparés aux uns et aux zéros d’un ordinateur classique. Ce qui les distingue, c’est qu’un qubit n’a pas besoin d’être dans un état ou dans l’autre ; il peut au contraire exister dans tous les états intermédiaires entre un et zéro. C’est ce qu’on appelle la superposition. En conséquence, beaucoup plus d’informations peuvent être traitées dans un espace plus réduit.
Il existe de nombreuses façons de créer un qubit. La technique la plus courante à l’heure actuelle est celle des qubits supraconducteurs, utilisée par IBM, Google et d’autres dans leurs tentatives de construction d’un ordinateur quantique. Cependant, ils sont extrêmement sensibles et ne fonctionnent qu’à des températures de quelques millièmes de degré au-dessus du zéro absolu. Atteindre un tel refroidissement nécessite une énergie et un espace importants, ce qui rend la technologie difficile à mettre à l’échelle.
Un autre type de qubit est basé sur le spin des électrons dans un matériau. Ces qubits sont créés en utilisant des défauts dans des matériaux solides – des altérations extrêmement précises de la structure du matériau. Le défaut le plus courant utilisé pour créer un « qubit de spin » est le diamant, dans lequel deux atomes de carbone ont été remplacés par un atome d’azote. Cependant, il s’agit d’un processus très énergivore, coûteux et techniquement exigeant.
« C’est pourquoi nous avons commencé à explorer une nouvelle idée – « cuisiner » nos qubits en laboratoire », affirme Yuttapoom Puttisong.
Il décrit la méthode comme une forme de cuisine, où différents produits chimiques sont mélangés. Le mélange est chauffé à 480 degrés Celsius et, lors du refroidissement, forme un cristal de pérovskite qui ressemble à du diamant en apparence. Pour créer les qubits, une substance active, dans ce cas le chrome, est ajoutée, donnant au cristal un éclat rosé.
« Le grand avantage est que nous pouvons le faire rapidement, à moindre coût et, surtout, de manière contrôlée. Nous pouvons concevoir les propriétés du qubit via la chimie de la solution », souligne Yuttapoom Puttisong.
De plus, la technique peut fonctionner à des températures plus élevées que le zéro absolu, ce qui ouvre la possibilité de la mettre à l’échelle. Les chercheurs ont également démontré que les signaux du qubit peuvent être traduits en signaux optiques, permettant une communication quantique utilisant la lumière dans des matériaux à base de pérovskite.
« La technologie a un potentiel important. Il est possible de moduler chimiquement le matériau pour obtenir les propriétés souhaitées. À long terme, je pense qu’il pourrait devenir une partie naturelle de notre société, tout comme le silicium l’est aujourd’hui », conclut Sakarn Khamkaeo, doctorant à l’Université de Linköping.
Article : Spin Qubits Candidate in Transition-Metal-Ion Doped Halide Double Perovskites – Journal : Nature Communications – DOI : Lien vers l’étude
Source : Linköping U.
