Fabriquer des qubits supraconducteurs
Les caractéristiques même de la mécanique quantique, qui en font un sujet si étrange et extraordinaire en comparaison de ce que nous offre l'informatique classique, sont celles-là mêmes qui permettent d'envisager ses potentielles applications révolutionnaires. Une nouvelle technologie d'informatique quantique pourrait voir le jour à l'avenir à partir des recherches effectuées dans le domaine du traitement de l'information conformément aux lois fondamentales. Les recherches intensives réalisées dans le cadre du projet SQUBIT-2 avaient pour objectif de manipuler des informations quantiques à l'aide de systèmes à l'état solide, plus précisément des circuits électroniques supraconducteurs. L'essentiel des manipulations d'information sont actuellement effectuées numériquement et les données sont traitées et stockées sous forme de bits. Les deux états d'un bit conventionnel peuvent prendre des formes différentes, telles que deux tensions différentes dans un transistor placé sur une puce. Cependant, les progrès récents dans le domaine des nanotechnologies permettent de concevoir des circuits supraconducteurs avec de petites jonctions tunnels offrant la possibilité de manipuler des paires de Cooper uniques et de créer des bits quantiques. Les niveaux énergétiques des qubits résultent de l'interaction entre l'énergie de charge d'une paire de Cooper unique et de l'énergie caractérisant l'effet tunnel des paires de Cooper via des jonctions Josephson. Les partenaires du projet au Physikalisch-Technische Bundesans en Allemagne ont cherché à utiliser du niobium (Nb) dans des jonctions tunnel de très petite taille. L'utilisation du niobium s'est révélée plus intéressante que l'aluminium (Al) traditionnellement utilisé. Elle a permis d'étendre la fréquence de fonctionnement des dispositifs d'informatique quantique basés sur des circuits supraconducteurs dotés de jonctions tunnel à base de niobium. Des jonctions Josephson avec des dimensions linéaires de taille aussi infime que 70nm ont été fabriquées à partir de la triple couche standard Nb/Al-AlOx/Nb. Pour surmonter les inconvénients liés à la technique standard d'évaporation et ombre utilisée pour la fabrication de jonctions tunnel submicrométriques à base d'aluminium, un processus de fabrication a été proposé et optimisé. On a utilisé une combinaison de techniques de lithographie par faisceau d'électrons, de gravure sèche, d'anodisation et de planarisation par polissage chimique-mécanique pour fabriquer des jonctions tunnel de haute qualité. Elles ont permis d'établir la relation voulue entre l'énergie de charge des paires de Cooper et l'énergie de couplage de Josephson. Des recherches supplémentaires sont prévues pour améliorer les temps de cohérence caractéristiques des qubits créés à partir de jonctions à base de niobium. Illustration: Micrographie par MEB montrant l’étape intermédiaire de fabrication d’un dispositif contenant quatre jonctions Nb/AlOx//Nb sub-micromètres.
