Des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo ont résolu un problème fondamental lié à la transmission d'informations quantiques, ce qui pourrait considérablement améliorer l'utilité des circuits intégrés et de l'informatique quantique. Crédit : Institut des sciences industrielles, Université de Tokyo
L’électronique quantique représente une rupture significative par rapport à l’électronique conventionnelle. Dans les systèmes traditionnels, la mémoire est stockée sous forme de chiffres binaires. En revanche, l’électronique quantique utilise des qubits pour le stockage, qui peuvent prendre diverses formes, notamment des électrons piégés dans des nanostructures appelées points quantiques. Néanmoins, la capacité de transmettre des informations au-delà du point quantique adjacent pose un défi de taille, limitant ainsi les possibilités de conception des qubits.
Or, dans une étude récemment publiée dans Lettres d'examen physique, des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo résolvent ce problème : ils ont développé une nouvelle technologie permettant de transmettre des informations quantiques sur des dizaines, voire des centaines de micromètres. Cette avancée pourrait améliorer les fonctionnalités de la prochaine électronique quantique.
Le mécanisme de transmission
Comment les chercheurs peuvent-ils transmettre des informations quantiques, d’un point quantique à un autre, sur la même puce informatique quantique ? Une solution pourrait consister à convertir les informations électroniques (matière) en informations lumineuses (ondes électromagnétiques) : en générant des états hybrides lumière-matière. Les travaux antérieurs étaient incompatibles avec les besoins à un électron du traitement de l'information quantique. L'objectif de l'étude de l'équipe de recherche était d'améliorer la transmission d'informations quantiques à grande vitesse d'une manière plus flexible dans sa conception et compatible avec les outils de fabrication de semi-conducteurs actuellement disponibles.
« Dans notre travail, nous couplons quelques électrons du point quantique à un circuit électrique connu sous le nom de résonateur à anneau divisé térahertz », explique Kazuyuki Kuroyama, auteur principal de l'étude. « La conception est simple et adaptée à une intégration à grande échelle. »
Des travaux antérieurs reposaient sur le couplage du résonateur avec un ensemble de milliers à dizaines de milliers d’électrons. En fait, la force de couplage repose sur la grande taille de cet ensemble. En revanche, le système actuel ne confine que quelques électrons, ce qui convient au traitement de l'information quantique. Néanmoins, les électrons et les ondes électromagnétiques térahertz sont confinés à une zone ultra-petite. Par conséquent, la force de couplage est comparable à celle des systèmes à plusieurs électrons.
« Nous sommes ravis car nous utilisons des structures largement répandues dans les nanotechnologies avancées – et couramment intégrées dans la fabrication de semi-conducteurs – pour aider à résoudre un problème pratique de transmission d'informations quantiques », déclare Kazuhiko Hirakawa, auteur principal. « Nous sommes également impatients d'appliquer nos découvertes à la compréhension de la physique fondamentale des états couplés lumière-électron. »
Ce travail constitue une avancée importante dans la résolution d’un problème auparavant épineux lié à la transmission d’informations quantiques dont les applications des résultats de laboratoire sont limitées. De plus, cette interconversion lumière-matière est considérée comme l’une des architectures essentielles pour les ordinateurs quantiques à grande échelle basés sur des points quantiques semi-conducteurs. Étant donné que les résultats des chercheurs sont basés sur des matériaux et des procédures courants dans la fabrication de semi-conducteurs, la mise en œuvre pratique devrait être simple.
