Construire des réseaux de qubits, un pas de plus vers le calcul quantique

Un jour, peut-être, les ordinateurs quantiques s’attaqueront à des problèmes que nos machines actuelles ne peuvent pas résoudre. Parmi les candidats sérieux pour y parvenir, on trouve les qubits de spin dans le silicium : des électrons piégés dans un transistor en silicium, dont l’aimantation porte l’information quantique. Ces électrons sont confinés dans des « boîtes quantiques » en silicium, des structures nanométriques similaires à des transistors, fabriquées à l’aide des outils de production de la microélectronique. Mais deux problèmes majeurs demeurent, car lorsqu’on essaie d’assembler un grand nombre de ces boîtes, d’une part les électrons disposent d’un trop grand nombre de façons différentes d’occuper ces boîtes, et d’autre part les capteurs permettant de lire l’état de chaque électron sont encore trop volumineux et trop lents.

Ces recherches ont été menées dans le laboratoire CNRS suivant :

• Institut Néel (NEEL, CNRS)

Dans une étude récente, des chercheurs et chercheuses du CNRS, du CEA et de la startup Quobly ont développé une nouvelle stratégie pour manipuler les qubits de spins. Tout d’abord, ils et elles ont isolé le réseau de boîtes quantiques du monde extérieur. Ainsi, les électrons ont moins de probabilité de fuir le système, ce qui facilite leur contrôle. Ensuite, en utilisant la réflexion d’un signal micro-onde sur les boîtes, ils et elles ont mis au point une technique de mesure qui détecte les déplacements d’électrons en observant de très faibles changements de phase du signal, sans avoir besoin de capteurs encombrants. Enfin, grâce au multiplexage, plusieurs circuits de mesure peuvent être combinés sur une seule puce, ce qui permet de sonder tout le réseau en même temps. Par cette stratégie innovante, ils et elles ont réussi à maîtriser un réseau de quatre boîtes quantiques, chacune contenant exactement un électron, et dont l’information peut être extraite en une seule mesure.

Cette méthode pourrait ouvrir la voie à la fabrication de réseaux de qubits plus vastes, qui formeraient une base crédible pour de futurs ordinateurs quantiques, car restant compatibles avec les procédés industriels de la microélectronique. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.