Des nanotubes de carbone pour l'ordinateur quantique

Contrairement au bit informatique classique qui ne peut avoir que deux valeurs, 1 ou 0, le qubit peut représenter 1 ou 0 ou les deux à la fois. Grâce à ce phénomène quantique de superposition, les ordinateurs quantiques futurs devraient être plus efficaces que les ordinateurs conventionnels pour l'accomplissement de certaines tâches de calcul. Le spin de l'électron constitue une façon simple de mettre physiquement en œuvre un qubit.

Des recherches récentes ont démontré la capacité d'initialiser, de manipuler, de coupler et de mesurer le qubit par transfert de l'état quantique au spin de l'électron en utilisant des électrons confinés dans un environnement solide. Des chercheurs financés par l'UE étudient le potentiel unique des nanotubes de carbone pour la mise en œuvre de qubits dans un processeur quantique à l'état solide dans le cadre du projet CARBONQUBITS (Quantum bits in carbon nanostructures).

À ce jour, les travaux ont identifié les phénomènes physiques liés au mouvement quantique et les propriétés temporelles de contrôle de spin qui faciliteront la conception et l'optimisation de nanostructures de carbone pour une application en informatique quantique.

Des études théoriques ont montré que l'interaction entre le spin d'un électron piégé sur un nanotube de carbone au-dessus d'une petite tranchée et les vibrations du nanotube lui-même peut être très forte: lorsque le nanotube de carbone est modulé pour vibrer à l'unisson du spin, le quantum sonore émis par l'électron peut être réabsorbé et réémis plusieurs fois avant de disparaitre. Ce phénomène pourra devenir un outil précieux pour étudier le mouvement quantique et faciliter la mise en œuvre d'une communication à longue distance entre les qubits.

Pour être utilisable en informatique quantique, le délai de cette manipulation du qubit doit être beaucoup plus court que celui conduisant à la perte d'information. Un modèle simple a pu montrer que le contrôle du spin était beaucoup plus rapide en augmentant l'intensité du champ d'excitation jusqu'à une certaine valeur. Lorsque l'intensité du champ est supérieure à cette valeur optimale, la rotation du spin ralentit et cette propriété a été confirmée pour les qubits de spin des points quantiques dans les nanotubes de carbone.

L'ère de l'informatique quantique approche rapidement et les partenaires du projet CARBONQUBITS y contribuent grandement. Des bénéfices importants sont espérés pour les chercheurs associés à ces recherches et pour la compétitivité de l'Europe dans ce domaine en devenir.