Qubit par qubit : Optimiser le silicium pour l’informatique quantique

Dans la course à la construction d’ordinateurs quantiques puissants, une équipe de chercheurs adopte une approche innovante pour surmonter les obstacles liés aux qubits de spin en silicium. Découvrez comment cette approche pourrait révolutionner le domaine de l’informatique quantique.

Les ordinateurs quantiques exploitent la mécanique quantique pour effectuer des calculs et résoudre des problèmes hors de portée des ordinateurs classiques. Alors qu’un ordinateur classique est composé de milliards de transistors, appelés bits, les ordinateurs quantiques sont basés sur des bits quantiques, également connus sous le nom de qubits.

Dans la quête de la construction d’ordinateurs quantiques puissants, un type de qubit s’est révélé particulièrement prometteur : les qubits de spin en silicium. Ces qubits présentent non seulement de longs temps de cohérence, mais sont également compatibles avec des techniques avancées de fabrication de semi-conducteurs.

Malgré cette promesse, le matériau utilisé dans les qubits de spin en silicium pose des défis récurrents aux chercheurs, tels que :

• Le bruit de charge, ou fluctuations erratiques dans l’environnement électrostatique entourant les qubits, les rendant instables

• La séparation des vallées, qui crée des niveaux d’énergie de points quantiques pouvant se rapprocher et provoquer des complications indésirables

• Les variations spatiales du facteur g des électrons, qui peuvent entraîner des difficultés à contrôler les qubits

Un financement de l’AFOSR pour une équipe multidisciplinaire

Pour surmonter ces défis, l’US Air Force Office of Scientific Research (AFOSR) a attribué plus de 6,7 millions de dollars à une équipe multidisciplinaire d’experts en caractérisation et modélisation des matériaux, en fabrication de silicium et en expériences quantiques.

Dirigée par des chercheurs de l’Université de Rochester, l’équipe comprend des collaborateurs de l’Université de Buffalo, de SUNY Stony Brook, de NY Creates, de l’Université de Californie à Los Angeles et du Laboratoire national de Lawrence Livermore.

« Nous adoptons une approche axée sur les matériaux pour découvrir les causes sous-jacentes des défis liés aux qubits de spin en silicium », déclare John Nichol, professeur associé de physique à Rochester et chercheur principal du projet.

L’AFOSR finance des recherches fondamentales à haut risque ayant le potentiel d’impacter profondément les progrès technologiques de la nation, notamment dans le développement d’ordinateurs quantiques stables et puissants. Le financement d’un partenariat entre le monde universitaire, un laboratoire national et un centre d’innovation est essentiel pour faire progresser l’informatique quantique, selon le Professeur Nichol.

« Cette équipe possède l’expertise nécessaire pour étudier les corrélations et la causalité dans les qubits de spin en silicium et, en fin de compte, accélérer les progrès grâce au développement de matériaux dans cette plateforme », ajoute-t-il.

En synthèse

En adoptant une approche axée sur les matériaux, l’équipe de chercheurs financée par l’AFOSR vise à surmonter les défis liés aux qubits de spin en silicium et à accélérer les progrès dans le domaine de l’informatique quantique.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un ordinateur quantique ?

Un ordinateur quantique est un type d’ordinateur qui utilise les principes de la mécanique quantique pour effectuer des calculs. Il est basé sur des bits quantiques, ou qubits, qui peuvent être à la fois 0 et 1 en même temps, ce qui permet à l’ordinateur quantique de traiter une grande quantité d’informations simultanément.

Qu’est-ce qu’un qubit de spin en silicium ?

Un qubit de spin en silicium est un type de qubit qui a montré une promesse exceptionnelle dans la construction d’ordinateurs quantiques. Il a de longs temps de cohérence et est compatible avec des techniques avancées de fabrication de semi-conducteurs.

Quels sont les défis liés aux qubits de spin en silicium ?

Les défis liés aux qubits de spin en silicium comprennent le bruit de charge, la séparation des vallées et les variations spatiales du facteur g des électrons. Ces problèmes peuvent rendre les qubits instables et difficiles à contrôler.

Qu’est-ce que l’AFOSR ?

L’US Air Force Office of Scientific Research (AFOSR) est une organisation qui finance des recherches fondamentales à haut risque ayant le potentiel d’impacter profondément les progrès technologiques de la nation.

Quel est le but de l’équipe de recherche financée par l’AFOSR ?

L’équipe de recherche financée par l’AFOSR vise à surmonter les défis liés aux qubits de spin en silicium en adoptant une approche axée sur les matériaux. Ils espèrent découvrir les causes sous-jacentes de ces défis et accélérer les progrès dans le domaine de l’informatique quantique.

Principaux enseignements

Références

Légende illustration principale : Alors que l’unité de base de l’information dans un ordinateur traditionnel, le bit, peut se trouver dans l’un des deux états (0 ou 1), le qubit d’un ordinateur quantique peut se trouver dans une combinaison de ces deux états. Le physicien John Nichol, de l’université de Rochester, étudie les moyens de surmonter certaines lacunes des qubits de spin en silicium, par ailleurs prometteurs. (Mark Garlick)

US Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), University of Rochester, University at Buffalo, SUNY Stony Brook, NY Creates, University of California, Los Angeles, Lawrence Livermore National Laboratory