La révolution du contrôle des bits quantiques
Des scientifiques des Pays-Bas financés par l'UE sont parvenus à contrôler rapidement les composantes de base d'un ordinateur quantique à l'aide d'un champ électrique et non magnétique. De plus, l'équipe a réussi à intégrer ces composantes de base, plus connues en tant que bits quantiques ou qubits, dans un nanofil semiconducteur. L'étude, publiée dans la revue Nature, pourrait conduire à des progrès importants dans le domaine de l'informatique quantique et la communication. Le soutien de l'UE pour les travaux provient du projet QUANTUMOPTOELECTR («Quantum opto-electronics»), une subvention avancée de 1,8 million d'euros de la part du Conseil européen de recherche (CER) accordée au professeur Leo Kouwenhoven du Kavli Institute of Nanoscience à l'université technique de Delft (TU Delft). Le projet a démarré en 2009 et devrait se poursuivre jusqu'à la fin de 2013. Les subventions du CER sont financées au titre du programme Idées du septième programme-cadre (7e PC) de l'UE. Au coeur du concept d'informatique quantique se trouve le qubit; pour en créer un, il suffit de piéger un électron dans un matériau semiconducteur. Les électrons peuvent tourner autour de leur axe dans deux directions; en informatique quantique, une direction représente l'état 0, et l'autre l'état 1; ainsi, le qubit peut encoder les données comme le ferait un bit informatique normal. Jusqu'à présent, les scientifiques ont contrôlé la rotation des électrons à l'aide de champs magnétiques. Toutefois, il est extrêmement difficile de générer des champs magnétiques sur une puce. Comme l'explique David Reilly de l'université de Sydney, en Australie, dans un document d'accompagnement: «Bien que des expériences de preuves de principe ont montré que le contrôle magnétique à l'échelle nanométrique est possible, le temps nécessaire pour changer la direction de la rotation de l'électron de façon magnétique est long et ne permet pas de nombreuses rotations durant le temps de cohérence de spin.» Le temps de cohérence de spin se réfère à la période au cours de laquelle les informations encodées dans l'état quantique de la rotation sont préservées. Dans un effort de contourner ce problème, le professeur Kouwenhoven, avec ses collègues de la TU Delft et de l'université de technologie d'Eindhoven, a adopté une approche différente, en contrôlant la rotation à travers des champs purement électriques. À cette fin, ils ont exploité un effet connu en tant qu'interaction spin-orbite, qui permet un mouvement de l'électron pour influencer sa rotation. Dans les matériaux à forte interaction spin-orbite, la rotation de l'électron et le mouvement orbital s'associent pour créer un état hybride appelé qubit spin-orbite; un champ électrique peut contrôler cela. «Ces qubits spin-orbite associent le meilleur des deux mondes», commentait le professeur Kouwenhoven. «Ils utilisent les avantages du contrôle électronique et du stockage d'informations dans le spin de l'électron.» D'après l'équipe, ils sont parvenus, dans le cadre d'un autre résultat important, à enfouir des qubits dans des nanofils composés de matériau d'arséniure d'indium (InAs) d'un diamètre d'à peine quelques nanomètres et d'une matière de quelques micromètres de longueur. Les nanofils peuvent être utilisés dans les dispositifs électroniques et optiques. «Ces nanofils sont de plus en plus utilisés en tant que composants de base adaptés en nanoélectronique», ajoutait le professeur Kouwenhoven. «Les nanofils représentent une excellente plateforme pour le traitement d'informations quantiques, entre autres applications». Pour de plus amples informations, consulter: TU Delft: http://www.tudelft.nl Revue Nature: http://www.nature.com/nature CER: http://erc.europa.eu/ Page du projet QUANTUMOPTOELECTR sur CORDIS: https://cordis.europa.eu/project/id/227691/fr
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Pays-Bas