Un petit appareil rempli de diamants et d'étain pourrait stimuler les travaux vers un Internet quantique

Les informations quantiques sous forme de bits quantiques, ou qubits, sont facilement perturbées par le bruit ambiant, tel que les champs magnétiques, qui détruisent les informations. Ainsi, d’une part, il est souhaitable de disposer de qubits qui n’interagissent pas fortement avec l’environnement. D’un autre côté, ces qubits doivent interagir fortement avec la lumière, ou photons, qui sont essentiels à la transmission d’informations sur de longues distances.

Les chercheurs du MIT et de Cambridge permettent l'intégration combinée de deux types différents de qubits qui fonctionnent côte à côte pour préserver et transmettre les informations. De plus, l’équipe a fait état d’une grande efficacité dans la transmission de ces informations.

« Il s'agit d'une étape cruciale car elle démontre la faisabilité de l'intégration de qubits électroniques et nucléaires sur une petite puce. Cette intégration répond au besoin de préserver les informations quantiques sur de longues distances tout en maintenant une forte interaction avec les photons. » atouts des équipes de Cambridge et du MIT.

Travailler au niveau quantitatif

Un bit d'ordinateur peut être considéré comme tout ce qui a deux états physiques différents, tels que « activé » et « désactivé », pour représenter un zéro et un un. Dans le monde étrange et très petit de la mécanique quantique, un qubit a la propriété supplémentaire qu’au lieu d’être dans un seul de ces deux états, il peut être dans une superposition des deux états. « Cela pourrait se produire dans les deux États en même temps », a déclaré Jesús Arjona Martinez, co-auteur de l'étude.

Plusieurs qubits intriqués ou liés entre eux peuvent partager beaucoup plus d’informations que les bits associés à l’informatique conventionnelle. D’où la puissance potentielle des ordinateurs quantiques.

Englund et son équipe ont expliqué qu'il existe de nombreux types de qubits, mais que deux types courants sont basés sur le spin, ou le spin de l'électron ou du noyau (de gauche à droite ou de droite à gauche). Le nouvel appareil comprend des qubits électroniques et nucléaires.

L’électron en rotation, ou qubit électronique, est très efficace pour interagir avec l’environnement, alors que le noyau atomique, ou qubit nucléaire, ne l’est pas.

« Nous avons combiné un qubit connu pour interagir facilement avec la lumière avec un qubit connu pour être très isolé, préservant ainsi les informations pendant longtemps. En combinant ces deux choses, nous pensons pouvoir obtenir le meilleur des deux mondes. » » a déclaré Arjona Martínez.

Comme le système solaire

La façon dont cela fonctionne est que l'électron [electronic qubit] La bavure du diamant peut rester coincée au niveau d'un défaut d'étain et ce qubit électronique peut alors transmettre ses informations à un noyau d'étain en rotation, un qubit nucléaire.

« L'analogie que j'aime utiliser est celle du système solaire », a déclaré Isaac Harris, co-auteur de l'étude. « Vous avez le soleil au milieu, et c'est le noyau d'étain, puis vous avez la Terre qui tourne autour de lui, et c'est l'électron. Nous pouvons choisir de stocker les informations dans le sens de rotation de la Terre, et c'est notre qubit électronique.  » Ou nous pouvons stocker des informations dans la direction du soleil qui tourne sur son axe.  »  » C'est le qubit nucléaire. « 

En général, la lumière transporte les informations via des fibres optiques jusqu'au nouveau dispositif, qui comprend un réseau de plusieurs minuscules guides d'ondes en diamant, chacun environ 1 000 fois plus petit qu'un cheveu humain. De nombreux appareils peuvent alors agir comme des nœuds contrôlant le flux d’informations dans l’Internet quantique.

Les travaux décrits dans cette étude impliquaient des expériences utilisant un seul appareil.

« En fin de compte, il pourrait y avoir des centaines ou des milliers de ces éléments sur la puce électronique », a déclaré Arjona Martinez.

Harris a noté que ses travaux théoriques prédisaient une forte interaction entre le noyau d’étain et le qubit électronique entrant. « C'était dix fois plus grand que prévu, alors j'ai pensé que le calcul était peut-être erroné. Ensuite, l'équipe de Cambridge est venue le mesurer, et c'était formidable de voir la prédiction confirmée par l'expérience. »