Une équipe internationale de scientifiques a envoyé des ondes sonores à haute fréquence à travers un dispositif semi-conducteur modifié pour diriger le comportement d’un seul électron, avec une efficacité supérieure à 99%.
Rendu 3D de la nanostructure du semi-conducteur. Crédit photo : Hermann Edlbauer.
Un ordinateur quantique serait capable de résoudre des problèmes de calcul auparavant insolubles en tirant parti du comportement étrange des particules à l’échelle subatomique et des phénomènes quantiques tels que l’intrication et la superposition.
Cependant, le contrôle précis du comportement des particules quantiques est une tâche gigantesque.
“Ce qui rendrait un ordinateur quantique si puissant, c’est sa capacité à évoluer de manière exponentielle”, a déclaré Hugo Lepage, candidat au doctorat au Cavendish Laboratory de l’université de Cambridge.
“Dans un ordinateur classique, pour doubler la quantité d’informations, il faut doubler le nombre de bits. Mais dans un ordinateur quantique, il suffirait d’ajouter un bit quantique, ou qubit, supplémentaire pour doubler l’information.”
Certaines conceptions d’ordinateurs quantiques sont basées sur des boucles supraconductrices, qui sont des circuits complexes et qui, comme tous les systèmes quantiques, sont très fragiles.
“La plus petite fluctuation ou déviation corrompra l’information quantique contenue dans les phases et les courants des boucles”, a déclaré Lepage.
“Cette technologie est encore très récente et l’expansion au-delà de l’échelle intermédiaire pourrait nous obliger à descendre au niveau de la particule unique.”
Au lieu de boucles supraconductrices, les informations quantiques de l’ordinateur quantique que Lepage et ses collègues sont en train de concevoir utilisent le “spin” d’un électron – son moment angulaire inhérent, qui peut être vers le haut ou vers le bas – pour stocker des informations quantiques.
“L’exploitation du spin pour alimenter un ordinateur quantique fonctionnel est une approche plus évolutive que l’utilisation de la supraconductivité, et nous pensons que l’utilisation du spin pourrait conduire à un ordinateur quantique beaucoup plus robuste, puisque les interactions du spin sont définies par les lois de la nature”, a déclaré Lepage.
L’utilisation du spin permet d’intégrer plus facilement l’information quantique aux systèmes existants.
Le dispositif développé par l’équipe est basé sur des semi-conducteurs largement utilisés avec quelques modifications mineures et ne mesure que quelques millionièmes de mètre de long.
Les chercheurs ont posé des portes métalliques sur un semi-conducteur et ont appliqué une tension, ce qui a généré un champ électrique complexe.
Ils ont ensuite dirigé des ondes sonores à haute fréquence sur le dispositif, le faisant vibrer et se déformer, comme un minuscule tremblement de terre.
Lorsque les ondes sonores se propagent, elles piègent les électrons, les poussant à travers le dispositif de manière très précise, comme si les électrons “surfaient” sur les ondes sonores.
Lepage et ses co-auteurs ont pu contrôler le comportement d’un seul électron avec une efficacité de 99,5%.
“Contrôler un seul électron de cette manière est déjà difficile, mais pour arriver à un point où nous pouvons avoir un ordinateur quantique fonctionnel, nous devons être capables de contrôler plusieurs électrons, ce qui devient exponentiellement plus difficile lorsque les qubits commencent à interagir entre eux”, a-t-il déclaré.
Les travaux de l’équipe sont publiés dans la revue Nature Communications.
