Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de résoudre certains calculs de manière exponentielle plus rapidement qu’un ordinateur classique, mais des recherches supplémentaires sont désespérément nécessaires pour faire de leur utilisation pratique une réalité. Les ordinateurs quantiques utilisent une unité d'information de base appelée bits quantiques (qubits) pour fonctionner, de la même manière que les ordinateurs classiques utilisent un système binaire de 0 et de 1, mais avec beaucoup plus de possibilités.
Cependant, un grand nombre de qubits sont nécessaires au fonctionnement des ordinateurs quantiques. La recherche sur les points quantiques – des nanostructures dotées de propriétés uniques qui leur permettent de servir de qubits – est cruciale pour surmonter cet obstacle.
Percée dans le contrôle des points quantiques
Des chercheurs de l'Institut avancé de recherche sur les matériaux (WPI-AIMR) de l'Université du Tohoku ont franchi une étape importante vers la réalisation de technologies de traitement de l'information quantique de nouvelle génération. L'étude a été publiée dans Rapports scientifiques.
L’équipe de recherche a réussi à créer et à contrôler électriquement des points quantiques triples dans l’oxyde de zinc (ZnO), un oxyde semi-conducteur connu pour sa bonne cohérence de spin et ses fortes corrélations électroniques. Bien que des points quantiques simples et doubles dans ZnO aient déjà été démontrés, la mise à l'échelle jusqu'à plusieurs points contrôlables est restée jusqu'à présent un défi majeur.
En couplant plusieurs points quantiques, les chercheurs peuvent étudier des comportements quantiques complexes et développer des architectures potentielles pour le calcul quantique.
Observer de nouveaux phénomènes quantiques
L’équipe a également observé un phénomène unique connu sous le nom d’effet d’automates cellulaires quantiques (QCA), qui n’apparaît que dans les systèmes composés de trois points quantiques couplés ou plus.
L'équipe de recherche, dirigée par le professeur agrégé Tomohiro Otsuka du WPI-AIMR et de l'Institut de recherche en communication électrique de l'Université du Tohoku, a fabriqué un dispositif à hétérostructure ZnO capable de former trois points quantiques couplés grâce à un contrôle précis du champ électrique.
Ils ont confirmé que chaque point quantique atteignait un régime de quelques électrons, condition cruciale pour l’application des bits quantiques. De plus, en analysant les caractéristiques du transport des électrons, les chercheurs ont détecté l'effet QCA, dans lequel la configuration de charge dans un point quantique influence les points voisins par couplage électrostatique et induit le mouvement simultané de deux électrons, un mécanisme clé envisagé pour les opérations logiques quantiques de faible puissance.
Implications pour les futures technologies quantiques
« Cette étude montre que ZnO peut héberger plusieurs points quantiques bien contrôlés où se produisent des interactions quantiques complexes », a déclaré Otsuka. « Notre prochaine étape consiste à explorer le contrôle quantique cohérent et les opérations de qubits dans ces systèmes d'oxydes. »
Cette recherche ouvre une nouvelle voie en utilisant le ZnO – un matériau déjà familier des technologies quotidiennes comme les écrans solaires et l’électronique transparente – pour créer et contrôler des bits quantiques.
Ce type de recherche constitue une étape importante pour surmonter les défis majeurs liés à la construction de systèmes quantiques stables et évolutifs. Si nous y parvenons, les ordinateurs quantiques promettent de révolutionner des domaines tels que la conception de matériaux, la découverte de médicaments et la sécurité des données.
Par conséquent, cette découverte élargit non seulement la gamme de matériaux disponibles pour l’informatique quantique, mais nous rapproche également des futurs dispositifs quantiques pratiques et économes en énergie.
