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Les ordinateurs quantiques pourraient être construits à moindre coût et de manière fiable à l’aide d’une nouvelle technique mise au point par une équipe dirigée par l’Université de Melbourne qui intègre des atomes uniques dans des plaquettes de silicium, une par une, des méthodes de mise en miroir utilisées pour construire des dispositifs conventionnels, dans un processus décrit dans un papier Advanced Materials

La nouvelle technique – développée par le professeur David Jamieson et des co-auteurs de l’UNSW Sydney, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Leibniz Institute of Surface Engineering (IOM) et RMIT – peut créer des modèles à grande échelle d’atomes comptés qui sont contrôlés afin que leurs états quantiques puissent être manipulés, couplés et lus

Auteur principal de l’article, le professeur Jamieson a déclaré que la vision de son équipe était d’utiliser cette technique pour construire un dispositif quantique à très, très grande échelle

“Nous pensons que nous pourrions finalement fabriquer des machines à grande échelle basées sur des bits quantiques à un seul atome en utilisant notre méthode et en tirant parti des techniques de fabrication que l’industrie des semi-conducteurs a perfectionnées”, a déclaré le professeur Jamieson.

La technique tire parti de la précision du microscope à force atomique, qui possède un porte-à-faux pointu qui « touche » la surface d’une puce avec une précision de positionnement d’à peine un demi-nanomètre, à peu près la même que l’espacement entre les atomes dans un cristal de silicium

L’équipe a percé un petit trou dans ce porte-à-faux, de sorte que lorsqu’il était inondé d’atomes de phosphore, l’un d’entre eux tombait occasionnellement à travers le trou et s’incorporait dans le substrat de silicium

La clé était de savoir précisément quand un atome – et pas plus d’un – s’était incrusté dans le substrat Ensuite, le porte-à-faux pourrait se déplacer vers la prochaine position précise sur le réseau

L’équipe a découvert que l’énergie cinétique de l’atome lorsqu’il pénètre dans le cristal de silicium et dissipe son énergie par friction peut être exploitée pour faire un minuscule « clic » électronique

Le professeur Jamieson a déclaré que l’équipe pouvait “entendre” le clic électronique lorsque chaque atome tombait dans l’un des 10 000 sites du prototype d’appareil

« Un atome entrant en collision avec un morceau de silicium produit un clic très faible, mais nous avons inventé une électronique très sensible utilisée pour détecter le clic, il est très amplifié et donne un signal fort, un signal fort et fiable », a déclaré le professeur Jamieson

« Cela nous permet d’avoir une grande confiance en notre méthode Nous pouvons dire, ‘Oh, il y a eu un déclic Un atome vient d’arriver Maintenant, nous pouvons déplacer le porte-à-faux à l’endroit suivant et attendre le prochain atome », a déclaré le professeur Jamieson.

Jusqu’à présent, l’implantation d’atomes dans le silicium était un processus aléatoire, au cours duquel une puce de silicium est recouverte de phosphore qui s’implante de manière aléatoire, comme des gouttes de pluie sur une fenêtre

Le co-auteur, le professeur Scientia Andrea Morello de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud, a déclaré que la nouvelle technique incorporait des ions phosphore, comptant chacun avec précision, dans un substrat de silicium créant une « puce » qubit, qui peut ensuite être utilisée dans des expériences en laboratoire pour tester des conceptions pour des appareils à grande échelle

« Cela nous permettra de concevoir les opérations de logique quantique entre de grands réseaux d’atomes individuels, en conservant des opérations très précises sur l’ensemble du processeur », a déclaré le professeur Morello

“Au lieu d’implanter de nombreux atomes dans des emplacements aléatoires et de sélectionner ceux qui fonctionnent le mieux, ils seront désormais placés dans un réseau ordonné, similaire aux transistors des puces informatiques à semi-conducteurs classiques”

Le premier auteur, le Dr Alexander (Melvin) Jakob de l’Université de Melbourne, a déclaré qu’un équipement hautement spécialisé avait été utilisé pour la collaboration

“Nous avons utilisé une technologie de pointe développée pour les détecteurs de rayons X sensibles et un microscope à force atomique spécial développé à l’origine pour la mission spatiale Rosetta ainsi qu’un modèle informatique complet pour la trajectoire des ions implantés dans le silicium, développé en collaboration avec nos collègues de Allemagne », a déclaré le Dr Jakob

“Avec nos partenaires du Centre, nous avons déjà produit des résultats révolutionnaires sur des qubits à un seul atome réalisés avec cette technique, mais la nouvelle découverte accélérera nos travaux sur des appareils à grande échelle”

Les implications pratiques des ordinateurs quantiques incluent de nouvelles façons d’optimiser le calendrier et les finances, la cryptographie incassable et la conception informatique de médicaments, et potentiellement le développement rapide de vaccins

Les co-auteurs du rapport proviennent de l’UNSW Sydney, de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), du Leibniz Institute of Surface Engineering (IOM) et de l’installation de microscopie et de microanalyse du RMIT

Le projet a été financé par l’Australian Research Council Centre of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology, le US Army Research Office, une subvention du University of Melbourne Research and Infrastructure Fund et a utilisé les installations de l’Australian National Fabrication Facility à le Centre de nanofabrication de Melbourne

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Source: https://www.azoquantum.com/News.aspx?newsID=8686

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