Les avancées dans le domaine de l’informatique quantique ouvrent de nouvelles perspectives pour les communications du futur. Des chercheurs explorent actuellement le potentiel des défauts quantiques dans le silicium pour créer un internet quantique utilisant les infrastructures de télécommunications existantes. Une équipe de Harvard a développé une plateforme novatrice pour étudier et contrôler ces systèmes quantiques prometteurs.
L’équipe de recherche dirigée par Evelyn Hu, professeure à l’École d’ingénierie et de sciences appliquées John A. Paulson de Harvard, a mis au point un dispositif utilisant une simple diode électrique pour manipuler des qubits à l’intérieur d’une plaquette de silicium commerciale. Cette approche innovante permet d’explorer la réponse des défauts quantiques aux changements de champ électrique, d’ajuster leur longueur d’onde dans la bande de télécommunications et même de les activer ou désactiver.
Aaron Day, doctorant à SEAS et co-responsable des travaux, souligne l’intérêt de cette approche : «L’un des aspects les plus passionnants de l’utilisation de ces défauts dans le silicium est la possibilité d’employer des dispositifs bien connus comme les diodes dans ce matériau familier pour comprendre un tout nouveau système quantique et en faire quelque chose de nouveau.»
Les défauts G-center au cœur de l’étude
Les chercheurs se sont concentrés sur les défauts appelés G-center. Ces imperfections dans le réseau cristallin du silicium sont créées en ajoutant des atomes de carbone et d’hydrogène. L’équipe a développé une nouvelle méthode de fabrication permettant de créer des centaines de dispositifs avec des défauts intégrés sur une plaquette commerciale.
Les expériences menées ont révélé que l’application d’une tension négative à travers le dispositif entraînait l’extinction des défauts. De plus, l’utilisation d’un champ électrique local permettait d’ajuster les longueurs d’onde émises par les défauts, un aspect crucial pour l’alignement des systèmes quantiques disparates dans les réseaux quantiques.
Un outil de diagnostic innovant
L’équipe a également mis au point un outil de diagnostic pour visualiser les changements spatiaux des millions de défauts intégrés dans le dispositif lorsqu’un champ électrique est appliqué. Aaron Day explique : «Nous avons constaté que la modification de l’environnement électrique des défauts présente un profil spatial, que nous pouvons imager directement en observant les changements d’intensité de la lumière émise par les défauts.»
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Cette approche statistique permet une meilleure compréhension de la réponse des défauts aux changements de leur environnement, ouvrant la voie à la conception d’environnements optimaux pour ces défauts dans les futurs dispositifs.
Perspectives pour l’avenir
Les résultats de cette étude, publiés dans Nature Communications, offrent de nouvelles perspectives pour le développement de l’internet quantique. La prochaine étape pour l’équipe de recherche consistera à appliquer ces techniques à l’étude des défauts T-center dans le silicium.
Bien que des défis subsistent, ces travaux représentent une avancée significative dans la compréhension et le contrôle des systèmes quantiques basés sur les défauts dans le silicium. L’utilisation de technologies et d’infrastructures de télécommunications existantes pourrait accélérer le développement d’un internet quantique fonctionnel et accessible.
Légende illustration : Le dispositif utilise une simple diode électrique pour manipuler des qubits à l’intérieur d’une plaquette de silicium commerciale. Crédit : Second Bay Studios/Harvard SEAS
Article : « Electrical manipulation of telecom color centers in silicon » – DOI: https://www.nature.com/articles/s41467-024-48968-w
