Des chercheurs trouvent une nouvelle façon d’améliorer le temps de stockage des informations quantiques

Dans le cadre de la poussée mondiale en faveur de réseaux quantiques pratiques et d’ordinateurs quantiques, une équipe internationale de scientifiques a fait une percée dans la préservation de la cohérence quantique pour les qubits de points quantiques. Ces technologies transformeront un large éventail d’institutions et d’initiatives de recherche, de la sécurité de l’information à la recherche de nouveaux matériaux et produits chimiques, aux mesures de processus physiques fondamentaux qui nécessitent une synchronisation temporelle précise entre les capteurs.

Les interfaces spin-photon sont des blocs de construction élémentaires de réseaux quantiques qui permettent la conversion d’informations quantiques invariantes (telles que l’état quantique d’un ion ou d’un qubit de spin à l’état solide) en lumière, c’est-à-dire en photons, qui peuvent être distribués sur de grandes distances. Le principal défi consiste à trouver une interface capable de stocker des informations quantiques et efficace pour les convertir en lumière. Les points quantiques semi-conducteurs optiquement actifs sont l’interface spin-photon la plus efficace connue à ce jour, mais l’extension de leur temps de stockage au-delà de quelques microsecondes a déconcerté les physiciens malgré une décennie d’efforts de recherche. Désormais, des chercheurs de l’Université de Cambridge, de l’Université de Linz et de l’Université de Sheffield ont montré qu’il existe une solution physique simple à ce problème qui améliore le stockage de l’information quantique au-delà d’une centaine de microsecondes.

Les points quantiques sont des structures cristallines composées de plusieurs milliers d’atomes. Chacun des noyaux de ces atomes a un moment dipolaire magnétique qui est couplé à l’électron du point quantique et peut entraîner la perte de l’information quantique stockée dans le qubit d’électrons. La découverte de l’équipe de recherche, qui a été publiée dans Nature Nanotechnology, est que dans un dispositif composé de matériaux semi-conducteurs avec le même module de réseau, les noyaux ont détecté le même environnement et se sont comportés à l’unisson. De ce fait, il est maintenant possible de filtrer ce bruit nucléaire et d’obtenir une amélioration d’environ deux ordres de grandeur du temps de stockage.

« Il s’agit d’un tout nouveau système de points quantiques optiquement actifs, où nous pouvons arrêter d’interagir avec les noyaux et recentrer le spin d’un électron encore et encore pour maintenir son état quantique en vie », a déclaré Claire Le Gall du laboratoire Cavendish à Cambridge, qui dirigeait l’équipe de Cambridge. Le projet. « Nous avons démontré des centaines de microsecondes dans notre travail, mais vraiment, maintenant que nous sommes dans ce régime, nous savons que des temps de cohérence plus longs sont à portée de main. Pour les spins dans les points quantiques, les temps de cohérence courts ont été le plus grand obstacle pour les applications. , et ce résultat offre une solution évidente et simple. » Alors « .

En explorant pour la première fois des échelles de temps de cent microsecondes, les chercheurs ont été agréablement surpris de constater que l’électron ne voit que le bruit des noyaux, par opposition, par exemple, au bruit électrique dans l’appareil. C’est vraiment une excellente position car le groupe nucléaire est un système quantique isolé et l’électron cohérent serait une passerelle vers les phénomènes quantiques dans le grand groupe de spin nucléaire. Une autre chose qui a surpris les chercheurs était le « son » capturé à partir des noyaux. Ce n’était pas aussi harmonieux que prévu initialement, et il y a place pour une amélioration supplémentaire de la cohérence quantique du système grâce à une ingénierie des matériaux plus poussée.

« Lorsque nous avons commencé à travailler avec le système de matériau conformationnel de grille utilisé dans ce travail, obtenir des points quantiques avec des propriétés bien définies et une bonne qualité optique n’était pas facile », a déclaré Armando Rastelli, co-auteur de cet article à l’Université de Linz. , ajoutant: « Il est très gratifiant de voir qu’une première ligne de recherche motivée par la curiosité d’un système quelque peu « exotique » et la persévérance des membres qualifiés de l’équipe Santano Mana et Simon Coover da Silva ont conduit à des dispositifs sur la base de résultats aussi étonnants « . Maintenant, nous savons ce que sont les nanostructures. Nous avons un bien, et nous sommes ravis de la perspective de développer davantage leurs propriétés avec nos collaborateurs. « Leon Zaborsky, doctorant à Cavendish et premier auteur de l’article, a déclaré: » L’un des aspects les plus excitants de cette recherche est d’apprivoiser un système quantique complexe : cent mille noyaux fortement liés aux spins des électrons. Bien contrôlés. » La plupart des chercheurs traitent le problème de l’isolation des qubits du bruit en supprimant toutes les interactions. Leurs qubits deviennent un peu comme les chats anesthésiés de Schrödinger, qui peuvent à peine réagir à quiconque leur tire la queue. L’entraînement signifie que nous pouvons nous amuser davantage.

« Les points quantiques combinent désormais une efficacité quantique élevée avec de longs temps de cohérence de spin », a déclaré le professeur Mete Atatur, co-auteur de cet article, ajoutant : « Dans un avenir proche, nous envisageons que ces dispositifs permettent la création d’états intriqués de lumière pour tous. -l’informatique quantique photonique et permettre des expériences de contrôle quantique. » Constituant du Nuclear Spin Group ». Préféré

(Cette histoire n’a pas été éditée par l’équipe de Devdiscourse et a été générée automatiquement à partir d’un flux syndiqué.)