Des chercheurs coréens maîtrisent le contrôle de plusieurs qubits à la fois

Des chercheurs du Centre IBS pour la nanoscience quantique (QNS) de l’Université Ewha Womans ont réalisé une avancée majeure dans le domaine de l’information quantique. En collaboration avec des équipes du Japon, d’Espagne et des États-Unis, ils ont créé une nouvelle plateforme de qubits à spin électronique, assemblée atome par atome sur une surface.

Une plateforme de qubits révolutionnaire

Publiée dans la revue Science le 6 octobre 2023, cette découverte marque une étape importante dans le domaine de l’information quantique. Contrairement aux dispositifs quantiques atomiques précédents sur des surfaces où seul un qubit unique pouvait être contrôlé, les chercheurs du QNS ont réussi à démontrer la capacité de contrôler simultanément plusieurs qubits, permettant l’application de portes à un, deux et trois qubits.

Les qubits, unités fondamentales de l’information quantique, sont essentiels pour des applications telles que l’informatique, la détection et la communication quantiques.

Une avancée majeure pour les systèmes multi-qubits

PHARK Soo-hyon, l’un des chercheurs principaux du QNS, souligne l’importance de ce projet. «Jusqu’à présent, les scientifiques n’ont été capables de créer et de contrôler qu’un seul qubit sur une surface, ce qui représente un grand pas en avant vers les systèmes multi-qubits», a-t-il déclaré.

Dirigée par BAE Yujeong, PHARK Soo-hyon et le directeur Andreas HEINRICH, l’équipe du QNS a développé cette nouvelle plateforme, composée d’atomes magnétiques individuels placés sur une surface d’un isolant mince.

Ces atomes peuvent être positionnés avec précision à l’aide de la pointe d’un microscope à effet tunnel (STM) et manipulés avec l’aide de la résonance de spin électronique (ESR-STM).

Contrôle cohérent des états quantiques

Ce contrôle à l’échelle atomique a permis aux chercheurs de manipuler de manière cohérente les états quantiques. Ils ont également établi la possibilité de contrôler des qubits distants, ouvrant la voie à la mise à l’échelle vers des dizaines ou des centaines de qubits dans un environnement exempt de défauts.

BAE Yujeong a souligné : «Il est vraiment incroyable que nous puissions désormais contrôler les états quantiques de plusieurs atomes individuels sur des surfaces en même temps».

Une approche unique pour les qubits

La précision à l’échelle atomique de cette plateforme permet la manipulation à distance des atomes pour effectuer des opérations de qubits individuellement, sans déplacer la pointe du STM.

Cette recherche se distingue des autres plateformes de qubits, comme les dispositifs photoniques, les pièges à ions et à atomes et les dispositifs supraconducteurs. L’un des avantages uniques de cette approche basée sur le spin électronique de surface est la multitude d’espèces de spin disponibles et la grande variété de géométries bidimensionnelles qui peuvent être assemblées avec précision.

Tableau récapitulatif de la découverte

Perspectives d’avenir

À l’avenir, les chercheurs envisagent des protocoles de détection, de calcul et de simulation quantiques utilisant ces architectures atomiques assemblées avec précision. Dans l’ensemble, le travail des chercheurs du QNS devrait inaugurer une nouvelle ère de contrôle à l’échelle atomique dans la science de l’information quantique, consolidant la position de la Corée en tant que leader mondial dans ce domaine.

En synthèse

Les chercheurs ont réalisé une avancée majeure en créant une nouvelle plateforme de qubits à spin électronique, assemblée atome par atome sur une surface. Cette découverte, permet de contrôler simultanément plusieurs qubits et ouvre la voie à des systèmes multi-qubits.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce qu’un qubit ?

Un qubit est l’unité fondamentale de l’information quantique. Il est essentiel pour des applications telles que l’informatique, la détection et la communication quantiques.

2. Quelle est la nouveauté de cette plateforme de qubits ?

La nouvelle plateforme de qubits à spin électronique permet de contrôler simultanément plusieurs qubits, contrairement aux dispositifs quantiques atomiques précédents sur des surfaces où seul un qubit unique pouvait être contrôlé.

3. Comment les chercheurs ont-ils réussi à contrôler plusieurs qubits ?

Les chercheurs ont développé une plateforme composée d’atomes magnétiques individuels placés sur une surface d’un isolant mince. Ces atomes peuvent être positionnés avec précision à l’aide de la pointe d’un microscope à effet tunnel (STM) et manipulés avec l’aide de la résonance de spin électronique (ESR-STM).

4. Quels avantages pour cette approche basée sur le spin électronique de surface ?

Les avantages uniques de cette approche incluent la multitude d’espèces de spin disponibles et la grande variété de géométries bidimensionnelles qui peuvent être assemblées avec précision.

5. Quelles sont les perspectives d’avenir pour cette recherche ?

Les chercheurs envisagent des protocoles de détection, de calcul et de simulation quantiques utilisant ces architectures atomiques assemblées avec précision, ouvrant la voie à une nouvelle ère de contrôle à l’échelle atomique dans la science de l’information quantique.

Article : « An atomic-scale multi-qubit platform » – DOI: 10.1126/science.ade5050