Le premier qubit créé sur base de graphène

07/01/19 à 15:59 - Mise à jour à 08/01/19 à 13:51

Des chercheurs du MIT sont parvenus à réaliser un qubit sur base de graphène. Même si le qubit n'a eu une durée de vie que de 55 nanosecondes, cette nouvelle méthode peut néanmoins être considérée comme une percée dans le développement de l'ordinateur quantique.

Le premier qubit créé sur base de graphène

© Getty Images/iStockphoto

Contrairement à l'ordinateur traditionnel, où chaque bit se compose soit d'un un, soit d'un zéro, l'ordinateur quantique utilise pour sa part les 'qubits'. La caractéristique de ces 'bits quantiques', c'est qu'ils peuvent se trouver dans un état de 'superposition': ils peuvent donc simultanément être tant des '0' que des '1'. Voilà pourquoi l'ordinateur quantique pourrait - en théorie - effectuer exponentiellement plus de calculs que l'ordinateur binaire.

Ces dernières années, on assiste à une véritable course mondiale à qui créera le premier dans la pratique ce type d'ordinateur quantique. A cette fin, plusieurs candidats qubits ont déjà été examinés de près: l'un sur base du spin (moment magnétique anormal) d'un électron, un autre sur base de la polarisation d'un photon, un autre encore sur base de super-conducteurs, etc.

A présent, des chercheurs du MIT américain ont ajouté un 'qubit sur base de graphène' à la liste. Leur méthode rappelle la façon dont précédemment déjà, des 'qubits super-conducteurs' avaient été créés. Dans ce cas, un mince isolant est inséré entre deux matériaux super-conducteurs pour créer une sorte de sandwich. Un effet de mécanique quantique veille à ce que les électrons traversent l'isolant. Du fait que chaque électron 'saute' continuellement d'un matériau super-conducteur à l'autre, il se trouve en même temps dans les deux états et devient un qubit.

Sandwich en nid d'abeille

Les chercheurs du MIT ont donc utilisé ce même principe du sandwich, mais cette fois avec une fine couche de graphène insérée entre deux couches de nitrure de bore hexagonal. Les deux matériaux se présentent comme une structure en nid d'abeille d'une épaisseur d'une couche atomique et sont - tout comme les blocs lego - aisément empilables. Comme ces couches sont parfaitement ajustées, il n'y a pas la moindre impureté, et les électrons sont libres de passer sans problème de l'une à l'autre, ce qui se traduit par une perte énergétique moindre.

Un autre avantage de cette méthode, c'est qu'on peut faire changer l'état des électrons en contrôlant la tension. Voilà qui ressemble nettement plus au principe du transistor utilisé dans les puces informatiques classiques, selon les chercheurs. Comme il est possible de contrôler l'état de la tension, ce qubit occupe aussi moins d'espace que le qubit super-conducteur, de sorte qu'on peut en installer nettement davantage sur une même puce.

Les chercheurs ont réussi à maintenir les qubits à base de graphène durant 55 nanosecondes dans un état de superposition, avant de revenir à leur état initial. Cela peut paraître peu, c'est un fait. Avec les super-conducteurs, les qubits peuvent être maintenus en état pendant dix microsecondes maximum, soit quelque cent fois plus.

Il s'agit cependant de la première fois que l'on atteint une telle durée avec des qubits à base de graphène. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Nanotechnology. Les scientifiques recherchent à présent comment maintenir ces qubits plus longtemps en vie.

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