Les qubits de spin font du trampoline
Des chercheurs de QuTech ont mis au point des qubits de spin à sauts périlleux pour une logique quantique universelle. Cette réalisation pourrait permettre un contrôle efficace de vastes réseaux de qubits semi-conducteurs.
Les qubits basés sur des points quantiques sont étudiés dans le monde entier, car ils sont considérés comme une plateforme intéressante pour la construction d’un ordinateur quantique. L’approche la plus répandue consiste à piéger un seul électron et à appliquer un champ magnétique suffisamment important, ce qui permet d’utiliser le spin de l’électron comme un qubit et de le contrôler à l’aide de signaux micro-ondes.
Dans ce travail, cependant, les chercheurs démontrent qu’aucun signal micro-ondes n’est nécessaire. Au lieu de cela, des signaux en bande de base et de petits champs magnétiques suffisent pour obtenir un contrôle universel des qubits. Cet avantage permet de simplifier considérablement l’électronique de contrôle nécessaire au fonctionnement des futurs processeurs quantiques.
Des qubits sautillants aux qubits sombres
Pour contrôler le spin, il faut sauter d’un point à l’autre et disposer d’un mécanisme physique capable de le faire tourner. Initialement, la proposition de Loss et DiVincenzo utilisait un type spécifique d’aimant, qui s’est avéré difficile à réaliser expérimentalement. Le groupe de QuTech a donc opté pour le germanium. Ce semi-conducteur permet déjà de réaliser des rotations de spin. Ceci est motivé par des travaux publiés dans Nature Communications, où Floor van Riggelen-Doelman et Corentin Déprez du même groupe montrent que le germanium peut servir de plateforme pour le saut de qubits de spin comme base pour faire des liens quantiques. Ils ont observé les premières indications de rotations de spin.
Pour comprendre la différence entre les qubits qui sautent et ceux qui font des sauts périlleux, imaginez les réseaux de points quantiques comme un parc de trampolines, où les spins d’électrons sont comme des personnes qui sautent. En général, chaque personne dispose d’un trampoline dédié, mais elle peut sauter sur les trampolines voisins s’ils sont disponibles. Le germanium possède une propriété unique : en sautant d’un trampoline à l’autre, une personne subit un couple qui la fait culbuter. Cette propriété permet aux chercheurs de contrôler efficacement les qubits.
Chien-An Wang, premier auteur de l’article de Science, précise : « Le germanium présente l’avantage d’aligner les spins le long de différentes directions dans différents points quantiques ». Il s’est avéré que de très bons qubits peuvent être fabriqués en faisant sauter des spins entre de tels points quantiques. « Nous avons mesuré des taux d’erreur inférieurs à mille pour les portes à un qubit et inférieurs à cent pour les portes à deux qubits.
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