En utilisant des transistors comme qubits, des chercheurs soutenus par l’UE ont franchi une étape importante vers la fabrication industrielle de processeurs quantiques.
Dans le monde entier, la course est lancée pour créer des ordinateurs quantiques qui répondront aux besoins de la science et de l’industrie de demain. Pour atteindre cet objectif, une mise à l’échelle de la technologie quantique est nécessaire afin de dépasser le stade des petits ordinateurs quantiques qui ne sont actuellement fabriqués que dans des environnements universitaires contrôlés. Cependant, la fragilité des bits quantiques, l’unité de base de l’information dans un ordinateur quantique, également appelés qubits, a jusqu’à présent constitué un obstacle à l’extensibilité.
Une équipe de recherche de l’Université de Copenhague, au Danemark, et l’institut de recherche technologique français CEA-Leti viennent de proposer une nouvelle méthode qui permettra de fabriquer à l’échelle industrielle des processeurs quantiques basés sur le spin de l’électron. Avec le soutien des projets QLSI, MOS-QUITO et Spin-NANO, financés par l’UE, les chercheurs ont découvert que des transistors ordinaires présents dans tous nos téléphones portables pouvaient être utilisés comme qubits. Les conclusions de l’équipe sont publiées dans la revue «Nature Communications».Un élément important de cette recherche a été le développement d’un réseau 2D de boîtes quantiques: des cristaux semi-conducteurs de taille nanométrique qui sont capables de transporter des électrons. Les boîtes quantiques constituent une solution efficace pour contrôler le spin d’un électron unique. «Ce que nous avons montré, c’est que nous pouvons contrôler un électron unique dans chacune de ces boîtes quantiques», a expliqué l’auteur principal Fabio Ansaloni, chercheur à l’Université de Copenhague, dans un article publié sur le site web «Phys.org». «C’est très important pour le développement d’un qubit, car l’un des moyens possibles pour fabriquer des qubits consiste à utiliser le spin d’un électron unique. Il était donc très important pour nous de parvenir à contrôler les électrons uniques et de le faire dans un réseau 2D de boîtes quantiques.» Grâce aux réseaux 2D, des progrès significatifs peuvent être réalisés dans la correction des erreurs quantiques.Les chercheurs utilisent des méthodes de fabrication de transistors en silicium pour créer des qubits de spin en silicium adaptés aux boîtes quantiques. Dans leur article, ils «démontrent comment des électrons individuels occupent les quatre boîtes quantiques d’un dispositif en silicium à grille subdivisée 2 x 2 fabriqué entièrement par des procédés de fonderie de plaquettes de 300 mm». Comme l’indiquent les scientifiques dans l’article de «Phys.org», «dans un premier temps, il est nécessaire de produire les dispositifs dans une fonderie industrielle. L’évolutivité d’un processus industriel moderne devient essentielle au moment où nous commençons à fabriquer des réseaux plus grands, par exemple pour de petits simulateurs quantiques. Ensuite, lors de la fabrication d’un ordinateur quantique, vous avez besoin d’un réseau en deux dimensions, et d’un moyen de connecter le monde extérieur à chaque qubit. Si vous avez 4-5 connexions pour chaque qubit, vous vous retrouvez rapidement avec un nombre irréaliste de fils qui sortent de la configuration à basse température. Mais ce que nous avons réussi à montrer, c’est que nous pouvons avoir une porte par électron, et que la lecture et le contrôle peuvent se faire avec la même porte. Et enfin, en utilisant ces outils, nous avons pu déplacer et échanger des électrons uniques de manière contrôlée autour du réseau, ce qui représentait un défi à part entière.»
La co-auteure principale, Anasua Chatterjee, de l’Université de Copenhague, s’est félicitée du «financement généreux» de l’UE par le biais des projets QLSI (Quantum Large Scale Integration in Silicon), MOS-QUITO (MOS-based Quantum Information TechnOlogy) et Spin-NANO (Nanoscale solid-state spin systems in emerging quantum technologies). «Les réseaux bidimensionnels sont un objectif de tout premier plan, car cela commence à ressembler à quelque chose dont on a absolument besoin pour construire un ordinateur quantique», a conclu Anasua Chatterjee.
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