Les qubits d’Andreev contribuent à jeter les bases des plateformes d’ordinateurs quantiques
Selon de nombreux experts en informatique, l’avenir est quantique. Tirant parti du fait que la matière est constituée à la fois de particules et d’ondes, l’informatique quantique offre une puissance de calcul considérablement accrue. Cette capacité accrue pourrait être appliquée à de nombreux défis mondiaux complexes, de la cryptographie pour des communications plus sûres à la chimie pour des produits pharmaceutiques mieux adaptés. Le défi consiste à passer du stade conceptuel à la construction d’un matériel quantique fonctionnel. De nombreux groupes de recherche dans le monde entier se consacrent à la recherche de ces avantages révolutionnaires. Le projet AndQC, financé par l’UE, s’est penché sur une série de problèmes expérimentaux et théoriques liés au développement d’une plateforme quantique à l’état solide. «Nos travaux sur les canaux semi-conducteurs intégrés dans les circuits quantiques supraconducteurs contribuent à jeter les bases d’une recherche appliquée plus poussée dans ce domaine de transformation», déclare Attila Geresdi, coordinateur du projet. Les 88 publications scientifiques qui en résultent en témoignent.
Qubits d’Andreev
Dans le monde des ordinateurs quantiques, les bits quantiques, ou «qubits», remplacent les bits binaires classiques «0» ou «1», les unités d’information de base qui permettent les calculs actuels. AndQC s’est particulièrement intéressé à des qubits particuliers appelés «qubits d’Andreev» en raison de leur fonctionnalité sans précédent. Les qubits d’Andreev présentent différents «niveaux», occupés par zéro, un ou deux électrons, qui produisent chacun des propriétés supraconductrices différentes. AndQC s’est concentré sur le «qubit de spin d’Andreev», car il offre la possibilité de coupler directement le spin d’un électron unique et le courant électronique qui circule autour de lui. La récente percée de Copenhagen Node, qui consiste à déposer des supraconducteurs avec des interfaces propres sur des nanostructures semi-conductrices, laisse entrevoir la possibilité de construire une plateforme de qubits d’Andreev. Dans ces dispositifs, le contrôle électrostatique pourrait permettre d’accorder la fréquence du qubit, offrant ainsi flexibilité et évolutivité. L’équipe AndQC a démontré sa capacité à contrôler efficacement les qubits d’Andreev, ainsi que divers concepts de couplage et combinaisons de matériaux. Les résultats ont été comparés aux technologies quantiques à l’état solide évolutives, en particulier les qubits de spin à semi-conducteur et les circuits quantiques supraconducteurs. L’exploitation de cette technologie pour une plateforme à l’état solide dépendra de la qualité des nanofils semi-conducteurs et des hétérostructures semi-conductrices bidimensionnelles, ainsi que de la propreté des pistes supraconductrices. «Nous avons fait progresser de manière significative le niveau de maturité des plateformes quantiques basées sur les qubits d’Andreev», ajoute Attila Geresdi. «Mais le défi de la nécessité d’une nanofabrication propre, ainsi que la recherche de la bonne combinaison de matériaux semi-conducteurs et supraconducteurs, restent d’actualité.» L’équipe a également étudié l’informatique quantique fermionique, encore inexplorée. Les fermions sont des groupes de particules ayant les mêmes propriétés de spin, notamment les protons, les neutrons, les électrons, les neutrinos et les quarks. Cette approche pourrait permettre une simulation plus efficace des électrons (eux-mêmes fermions) dans les molécules et les nouveaux matériaux, en surmontant certains des obstacles actuels à l’introduction de l’informatique quantique dans la vie réelle. Le projet a permis d’élaborer un plan pour la réalisation expérimentale de l’informatique quantique fermionique à l’aide de bits quantiques d’Andreev.
Un véritable saut quantique
Les technologies quantiques, en particulier l’informatique quantique, constituent un domaine de recherche d’importance stratégique pour l’Union européenne, comme en témoignent l’initiative phare de l’UE en matière de technologies quantiques et les milliards d’euros disponibles pour le financement de son développement. «Comme notre champ d’action se limitait à une démonstration initiale des bits quantiques d’Andreev, nous devons maintenant travailler à leur mise en œuvre pratique, en rapprochant cette recherche du marché européen. Des partenariats public-privé pourraient faciliter cette démarche, éventuellement avec le soutien du Conseil européen de l’innovation », conclut Attila Geresdi.
Mots‑clés
AndQC, quantique, informatique, qubit, nano, semi-conducteur