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    Des chercheurs créent un tout nouveau qubit pour le futur ordinateur quantique

    © Photo. Service de presse MISiS
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    Des chercheurs de l'Université nationale de science et de technologie MISiS et du Centre quantique russe, en collaboration ont mis au point un qubit foncièrement nouveau basé non pas sur l'effet Josephson - qui induit une rupture dans le supraconducteur - mais sur un nanofil continu supraconducteur.

    Des chercheurs de l'Université nationale de science et de technologie MISiS et du Centre quantique russe, en collaboration avec les chercheurs de l'Institut de physique et de technologie de Moscou (MFTI) et de l'Institut de science et de technologie de Skolkovo (Russie), de l'Université de Londres et du Laboratoire national de physique de Teddington (Royaume-Uni), de l'Université de Karlsruhe et de l'Institut de technologies photoniques (Allemagne), ont mis au point un qubit foncièrement nouveau basé non pas sur l'effet Josephson — qui induit une rupture dans le supraconducteur — mais sur un nanofil continu supraconducteur. Le travail des chercheurs a été publié dans la revue Nature Physics.

    Bien que l'ordinateur quantique universel n'ait pas encore été créé, le principe de calcul reposant à sa base permet dès à présent de remplir des tâches très complexes. Par exemple, dans certains laboratoires, les qubits servent à simuler les composés chimiques et les matériaux, ou encore à recréer le mécanisme des processus de photosynthèse. C'est pourquoi il est si important de perfectionner au plus vite les principaux éléments de l'ordinateur quantique, notamment sa principale cellule de calcul: le qubit.

    Il existe plusieurs approches de la création des qubits. Par exemple, on sait déjà créer des qubits qui travaillent dans le diapason optique mais qu'il est difficile de mettre à l'échelle, contrairement aux qubits avec des supraconducteurs qui fonctionnent dans le spectre radioélectrique et sont basés sur l'effet Josephson. Chacun de ces effets induit une rupture du supraconducteur, plus exactement d'une couche du diélectrique pour tunneliser les électrons.

    Le nouveau qubit est basé sur l'effet de glissement de phase quantique — la destruction périodique contrôlée et le rétablissement de la supraconductivité dans le nanofil ultrafin (environ 4 nm d'épaisseur) qui possède dans son état normal une assez forte résistance. Pour la première fois, cet effet prédit théoriquement a été observé dans une expérience menée par le responsable de ce travail Oleg Astafiev, qui dirige actuellement le laboratoire des systèmes quantiques artificiels du MFTI et enseigne à l'Université de Londres ainsi qu'au Laboratoire national de physique à Teddington. Ses travaux ont été publiés dans la revue Nature en 2012.

    Comme l'a expliqué l'un des coauteurs de la nouvelle étude Alexeï Oustinov, chef du groupe du Centre quantique russe et responsable du laboratoire des métamatériaux supraconducteurs de la MISiS, également professeur à l'Institut de technologies de Karlsruhe, aujourd'hui il a été possible de créer un nouveau type de dispositifs supraconducteurs semblables en bien des points aux SQUID (Superconducting Quantum Interference Device — interféromètre quantique supraconducteur).

    Le SQUID est un magnétomètre ultrasensible basé sur l'effet Josephson utilisé pour mesurer des champs magnétiques faibles. Dans le nouveau dispositif, au lieu du champ magnétique, l'interférence est provoquée par le champ électrique qui modifie la charge électrique sur l'îlot entre deux nanofils. Ces fils jouent le rôle d'effet Josephson sans pour autant nécessiter de ruptures et peuvent être fabriqués d'une seule couche de supraconducteur.

    Comme l'a noté Alexeï Oustinov, ce travail a permis de montrer que ce système pouvait fonctionner comme un interféromètre de charge. "Quand ont sépare le fil en deux et que l'on crée un épaississement au centre, alors, en changeant la charge par la fermeture de cet épaississement, il est possible de facto de faire une modulation périodique du processus de tunnelisation quantique de quantums magnétiques par le fil, ce qui est précisément observé dans ce travail", explique le chercheur. C'est un moment-clé prouvant qu'un effet contrôlé et cohérent a été obtenu et qu'il est possible de l'utiliser pour les qubits de nouvelle génération.

    Les technologies SQUID sont déjà utilisées dans plusieurs appareils médicaux de scan tels que les magnétocardiographes et les magnétoencéphalographes, dans les appareils qui captent la résonance nucléaire magnétique, ainsi que dans les méthodes géophysiques et paléogéologiques d'exploration des roches.

    Selon le professeur Oustinov, les chercheurs doivent encore plancher sur plusieurs tâches fondamentales liées à l'étude du fonctionnement du nouveau qubit. Cependant, il est clair dès à présent qu'il s'agit de qubits ayant une fonctionnalité égale, voire supérieure. Il faut noter également que les nouveaux qubits sont plus faciles à fabriquer. Sur ce principe pourraient reposer tous les éléments de l'électronique supraconductrice.

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    Tags:
    ordinateur quantique, chercheurs, Université nationale de technologie et de recherche (MISIS)
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