Les ordinateurs quantiques recèlent un immense potentiel pour résoudre des problèmes complexes qui bloquent même les ordinateurs classiques les plus puissants. Ils exploitent les bits quantiques (qubits) — analogues aux 0 et aux 1 de l’informatique classique, mais avec une bien plus grande flexibilité — pour traiter les informations de manière exponentielle plus rapidement. Cependant, la construction d’un ordinateur quantique véritablement fonctionnel nécessite un nombre énorme de qubits stables et contrôlables.
C’est là qu’intervient la recherche sur les points quantiques. Ces nanostructures possèdent des propriétés uniques qui en font des candidats idéaux pour les qubits. Les percées récentes se sont concentrées sur la création et le contrôle simultanés de plusieurs points quantiques, car cela ouvre la porte à l’étude des interactions quantiques complexes essentielles aux calculs avancés.
Un triple triomphe en oxyde de zinc
Des scientifiques de l’Institut avancé de recherche sur les matériaux de l’Université de Tohoku (WPI-AIMR) ont franchi une étape importante en créant et en contrôlant électriquement des points quantiques triples au sein de l’oxyde de zinc (ZnO). Cette réalisation, détaillée dans Scientific Reports, marque une avancée majeure car, même si les points quantiques simples et doubles dans ZnO avaient déjà été démontrés, la manipulation de trois points interconnectés ou plus restait un formidable défi.
L’attrait du ZnO ne réside pas seulement dans son aptitude à la fabrication de points quantiques, mais également dans ses propriétés inhérentes. Le ZnO est un semi-conducteur réputé pour ses fortes corrélations électroniques et sa bonne cohérence de spin — caractéristiques cruciales pour un fonctionnement fiable des qubits.
Dévoilement des phénomènes quantiques
Au-delà du simple contrôle, les chercheurs ont observé un phénomène fascinant connu sous le nom d’effet automates cellulaires quantiques (QCA) au sein de leur système à triple points quantiques. Cet effet, exclusif aux systèmes comportant trois points quantiques couplés ou plus, souligne l’émergence d’un nouveau comportement lorsque plusieurs qubits interagissent. Dans ce cas, la configuration de charge dans un point quantique a directement influencé ses points voisins par couplage électrostatique, déclenchant un mouvement synchronisé de deux électrons. Cet « effet domino » a des implications significatives pour le développement d’opérations logiques quantiques de faible consommation, un élément fondamental du calcul quantique.
La route vers une informatique quantique évolutive
Ces découvertes représentent une étape cruciale vers la réalisation d’ordinateurs quantiques pratiques. Le ZnO, déjà familier des applications quotidiennes telles que les écrans solaires et l’électronique transparente, occupe désormais le devant de la scène en tant que plate-forme potentielle pour la construction de systèmes quantiques stables et évolutifs. Des recherches ultérieures se concentreront sur le contrôle précis de ces interactions quantiques dans le cadre ZnO afin de permettre des opérations cohérentes sur les qubits, essentiellement en apprenant aux qubits à « se parler » et à effectuer des calculs.
Si les chercheurs réussissent dans cette entreprise, les ordinateurs quantiques pourraient révolutionner des domaines tels que la conception de matériaux, la découverte de médicaments et la cryptographie en s’attaquant à des problèmes actuellement insolubles, même pour nos machines classiques les plus puissantes.
