Les chercheurs de l’UNSW ont intriqué des noyaux atomiques via des électrons, réalisant ainsi une communication quantique à des échelles compatibles avec les puces informatiques actuelles, faisant ainsi progresser l’informatique quantique sur silicium. Les ingénieurs de l’UNSW ont développé des états quantiques intriqués en utilisant les spins de deux noyaux atomiques. L’intrication est cruciale pour les avantages de l’informatique quantique par rapport aux systèmes conventionnels. Cette recherche, publiée dans Science le 18 septembre, représente une étape vers les ordinateurs quantiques à grande échelle. L’auteur principal, le Dr Holly Stemp, a déclaré que cette réalisation permettait la construction de futures puces informatiques quantiques en utilisant la technologie et les processus de fabrication existants. Elle a noté : « Nous avons réussi à faire communiquer entre eux les objets quantiques les plus propres et les plus isolés, à l’échelle à laquelle les dispositifs électroniques standards en silicium sont actuellement fabriqués. » L’ingénierie informatique quantique équilibre la protection des éléments informatiques contre les interférences tout en permettant leur interaction pour les calculs. Ce défi contribue à la diversité des approches matérielles quantiques. Certains offrent de la vitesse mais souffrent du bruit, tandis que d’autres sont protégés mais difficiles à exploiter et à mettre à l’échelle. L’équipe de l’UNSW a utilisé le spin nucléaire d’atomes de phosphore implantés dans une puce de silicium pour coder des informations quantiques. Andrea Morello, professeur à Scientia, de l’École de génie électrique et de télécommunications de l’UNSW, a décrit le spin du noyau atomique comme « l’objet quantique le plus propre et le plus isolé que l’on puisse trouver à l’état solide ». Le professeur Morello a détaillé les travaux antérieurs du groupe sur 15 ans, qui impliquaient des percées dans cette technologie. Ils ont démontré qu’ils détenaient des informations quantiques pendant plus de 30 secondes et qu’ils effectuaient des opérations de logique quantique avec moins de 1 % d’erreurs. Il a déclaré qu’ils étaient « les premiers au monde à réaliser cela dans un dispositif en silicium ». Cependant, il a noté que l’isolement des noyaux atomiques rendait difficile leur connexion dans un processeur quantique à grande échelle. Auparavant, pour faire fonctionner plusieurs noyaux atomiques, il fallait qu’ils soient très proches au sein d’un solide, entourés d’un seul électron. Le Dr Stemp a expliqué que même si un électron peut « s’étendre » pour interagir avec plusieurs noyaux atomiques, sa portée est limitée. Elle a ajouté : « ajouter plus de noyaux au même électron rend très difficile le contrôle de chaque noyau individuellement. » La percée impliquait des noyaux atomiques communiquant via des « téléphones » électroniques, qui sont des électrons. Le Dr Stemp a utilisé la métaphore des personnes dans une pièce insonorisée, où les conversations étaient claires mais de portée limitée. Les « téléphones » permettent la communication entre les pièces, créant des interactions plus évolutives tout en maintenant l’isolement. Mark van Blankenstein, un autre auteur, a expliqué que deux électrons peuvent se « toucher » à distance en raison de leur capacité à se disperser. Si chaque électron se couple à un noyau atomique, les noyaux peuvent communiquer à travers eux. La distance entre les noyaux lors des expériences était d’environ 20 nanomètres. Le Dr Stemp a souligné que si un noyau était à taille humaine, cette distance serait comparable à celle entre Sydney et Boston. Elle a souligné que 20 nanomètres correspond à l’échelle des puces informatiques modernes en silicium utilisées dans les ordinateurs personnels et les téléphones portables. Cela signifie que les processus de fabrication développés par l’industrie des semi-conducteurs peuvent être adaptés aux ordinateurs quantiques basés sur les spins des noyaux atomiques. Ces appareils sont compatibles avec la fabrication actuelle de puces informatiques. Des atomes de phosphore ont été introduits dans la puce par l’équipe du professeur David Jamieson de l’université de Melbourne, en utilisant du silicium ultra-pur du professeur Kohei Itoh de l’université Keio au Japon. En éliminant la nécessité d’attacher les noyaux atomiques au même électron, l’équipe de l’UNSW a résolu un obstacle majeur à la mise à l’échelle des ordinateurs quantiques au silicium basés sur des noyaux atomiques. Le professeur Morello a décrit leur méthode comme étant « remarquablement robuste et évolutive ». Il a ajouté qu’à l’avenir, davantage d’électrons pourraient être utilisés et façonnés pour propager davantage les noyaux. « Les électrons sont faciles à déplacer et à » masser « pour leur donner forme, ce qui signifie que les interactions peuvent être activées et désactivées rapidement et précisément. C’est exactement ce qui est nécessaire pour un ordinateur quantique évolutif. »
