Représentation artistique d'excitons moirés dans un nano-semiconducteur. Crédit : KyotoU/Matsuda Lab
Des chercheurs de l'Université de Kyoto ont développé une méthode révolutionnaire pour mesurer le temps de cohérence quantique des excitons moirés, améliorant potentiellement les qubits pour l'informatique quantique.
En utilisant des techniques avancées de microfabrication et de gravure combinées à l'interférométrie de Michelson, ils ont observé une stabilité accrue de la cohérence quantique à des températures extrêmement basses, surpassant considérablement les excitons traditionnels dans semi-conducteurs.
La technologie quantique est quantifiable en qubitsqui sont l'unité de données la plus élémentaire dans les ordinateurs quantiques. Le fonctionnement des qubits est affecté par le temps de cohérence quantique nécessaire pour maintenir un état d'onde quantique.
Les scientifiques ont émis l’hypothèse que excitons moirés — les paires électron-trou confinées dans des franges d’interférence moirées qui se chevauchent avec des motifs légèrement décalés — pourraient fonctionner comme des qubits dans les nano-semiconducteurs de nouvelle génération.
Cependant, en raison des limites de diffraction, il n'a pas été possible de focaliser suffisamment la lumière dans les mesures, ce qui a provoqué des interférences optiques provenant de nombreux excitons moirés.
Une avancée majeure dans la mesure de la cohérence quantique
Pour résoudre ce problème, les chercheurs de l'Université de Kyoto ont développé une nouvelle méthode de réduction de ces excitons moirés pour mesurer le temps de cohérence quantique et réaliser une fonctionnalité quantique. L'équipe a observé des changements dans les signaux de photoluminescence des excitons moirés suite au processus de fabrication.
« Nous avons combiné des techniques de microfabrication par faisceau d'électrons avec une gravure ionique réactive. En utilisant l'interférométrie de Michelson sur le signal d'émission d'un seul exciton moiré, nous avons pu mesurer directement son temps de cohérence quantique », explique Kazunari Matsuda de l'Institute Advanced Energy de KyotoU.
Implications pour l'informatique quantique
Les résultats montrent que la cohérence quantique d'un exciton moiré unique reste stable à -269°C pendant plus de 12 picosecondes, soit dix fois plus longtemps que celle d'un exciton dans le matériau parent, un semi-conducteur bidimensionnel. Les excitons moirés confinés dans les franges d'interférence empêchent la perte de cohérence quantique.
« Nous prévoyons d’établir une base pour la prochaine phase d’expériences visant à faire progresser l’informatique quantique et d’autres technologies quantiques dans la prochaine génération de nano-semi-conducteurs », ajoute Matsuda.
