Une nouvelle recherche montre l’importance d’une topographie précise dans les qubits de néon solides

Les ordinateurs quantiques ont le potentiel d’être des outils révolutionnaires grâce à leur capacité à effectuer des calculs qui prendraient de nombreuses années à être résolus par des ordinateurs classiques.

Mais pour créer un ordinateur quantique efficace, vous avez besoin d’un bit quantique fiable, ou qubit, qui peut exister simultanément dans un état 0 ou 1 pendant une période suffisamment longue, connue sous le nom de temps de cohérence.

Une approche prometteuse consiste à piéger un seul électron sur une surface solide de néon, appelé qubit électron sur néon solide. Une étude dirigée par le professeur Wei Guo de la faculté d’ingénierie de la FAMU-FSU, publiée dans Lettres d’examen physique montre un nouvel aperçu de l’état quantique qui décrit l’état des électrons sur un tel qubit, des informations qui peuvent aider les ingénieurs à développer cette technologie innovante.

L’équipe de Guo a découvert que de petites bosses à la surface du néon solide dans le qubit peuvent naturellement lier les électrons, ce qui crée des états quantiques en forme d’anneau de ces électrons. L’état quantique fait référence aux diverses propriétés d’un électron, telles que la position, l’impulsion et d’autres caractéristiques, avant qu’elles ne soient mesurées. Lorsque les bosses atteignent une certaine taille, l’énergie de transition de l’électron (la quantité d’énergie nécessaire pour qu’un électron passe d’un état d’anneau quantique à un autre) s’aligne sur l’énergie des photons micro-ondes, une autre particule élémentaire.

Cet alignement permet une manipulation contrôlée de l’électron, nécessaire à l’informatique quantique.

“Ce travail fait progresser considérablement notre compréhension du mécanisme de piégeage des électrons sur une plateforme informatique quantique prometteuse”, a déclaré Guo. “Cela clarifie non seulement des observations expérimentales déroutantes, mais fournit également des informations cruciales pour la conception, l’optimisation et le contrôle des qubits électron sur néon solide.”

Des travaux antérieurs de Guo et de ses collaborateurs ont démontré la viabilité d’une plate-forme de qubits à électron unique à l’état solide utilisant des électrons piégés sur du néon solide. Des recherches récentes ont montré des temps de cohérence pouvant atteindre 0,1 milliseconde, soit 100 fois plus longs que les temps de cohérence typiques de 1 microseconde pour les qubits de charge conventionnels à base de semi-conducteurs et de supraconducteurs.

Le temps de cohérence détermine la durée pendant laquelle un système quantique peut maintenir un état de superposition – la capacité du système à se trouver dans plusieurs états en même temps jusqu’à ce qu’il soit mesuré, caractéristique qui confère aux ordinateurs quantiques leurs capacités uniques.

Le temps de cohérence prolongé du qubit électron sur néon solide peut être attribué à l’inertie et à la pureté du néon solide. Ce système de qubits aborde également le problème des vibrations à la surface des liquides, un problème inhérent au qubit électron-sur-liquide-hélium étudié de manière plus approfondie. Les recherches actuelles offrent des informations cruciales sur l’optimisation ultérieure du qubit électron sur néon solide.

Une partie cruciale de cette optimisation consiste à créer des qubits qui sont lisses sur la majeure partie de la surface solide du néon, mais qui présentent des bosses de la bonne taille là où ils sont nécessaires. Les concepteurs souhaitent un minimum de bosses naturelles sur la surface qui attirent une charge électrique de fond perturbatrice. Dans le même temps, fabriquer intentionnellement des bosses de taille correcte dans le résonateur micro-ondes du qubit améliore la capacité à piéger les électrons.

“Cette recherche souligne la nécessité cruciale d’une étude plus approfondie de la manière dont différentes conditions affectent la fabrication des qubits de néon”, a déclaré Guo. “Les températures et la pression d’injection du néon influencent le produit qubit final. Plus nous avons de contrôle sur ce processus, plus nous pouvons construire avec précision et plus nous nous rapprochons de l’informatique quantique capable de résoudre des calculs actuellement ingérables.”

Les co-auteurs de cet article étaient Toshiaki Kanai, ancien étudiant de troisième cycle au département de physique de la FSU, et Dafei Jin, professeur agrégé à l’Université de Notre Dame.