Selon de nouvelles recherches, si vous utilisez quatre méthodes différentes pour stocker des données sur un seul atome, vous pouvez accumuler davantage de puissance de traitement quantique dans un espace donné. Cette approche pourrait permettre de débloquer des ordinateurs quantiques plus puissants et plus faciles à contrôler.
Les ordinateurs traditionnels peuvent traiter et stocker des informations sous la forme 0 ou 1, tandis que les ordinateurs quantiques peuvent traiter et stocker des informations sous la forme 0 ou 1, et simultanément traiter et stocker la superposition des deux. À mesure que le nombre de bits quantiques (qubits) augmente, la puissance de traitement des ordinateurs quantiques augmentera de façon exponentielle, leur permettant de résoudre des problèmes trop complexes pour les ordinateurs ordinaires.
Le problème est que la manipulation de ces qubits peut s’avérer délicate, d’autant plus que les ordinateurs quantiques commencent à utiliser de plus en plus de qubits. Mais maintenant, des scientifiques de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) à Sydney ont montré comment écrire des données dans des qubits (dans ce cas, des atomes individuels) de quatre manières différentes, en fonction de ce qui est nécessaire à chaque fois.
L'atome est un élément appelé antimoine, qui peut être implanté dans une puce de silicium, en remplacement de l'un des atomes de silicium qu'elle contient. Cet atome lourd a été choisi car son noyau contient déjà huit états quantiques indépendants pouvant être utilisés pour coder des données quantiques. De plus, son électron lui-même possède deux états quantiques, ce qui double le nombre total d'états quantiques dans l'atome d'antimoine à 16 (chacun des huit états quantiques d'origine est à son tour associé à deux états quantiques de l'électron). Utiliser d’autres matériaux pour créer un ordinateur quantique à 16 états nécessiterait quatre qubits couplés ensemble.
La véritable avancée de cette étude, cependant, réside dans la manière dont l’équipe a utilisé quatre méthodes différentes pour manipuler les données sur les atomes. Les électrons peuvent être contrôlés par des champs magnétiques oscillants. Les méthodes de résonance magnétique, telles que celles utilisées dans les appareils IRM, peuvent manipuler le spin des noyaux atomiques. Les champs électriques peuvent également être utilisés pour contrôler les noyaux atomiques. Enfin, une technique appelée « flipping bits » permet de contrôler les noyaux et les électrons à l'aide de champs électriques.
L'équipe de recherche a déclaré que cette recherche contribuerait à rendre les ordinateurs quantiques plus « denses », contenant plus de qubits dans un espace plus petit.
Le professeur Andrea Morello, premier auteur de l'étude, a déclaré : « Nous investissons dans une technologie qui est plus dure et plus lente, mais pour de très bonnes raisons, dont l'une est la densité extrêmement élevée d'informations qu'elle peut gérer. 25 millions d'atomes dans 1 millimètre carré, c'est bien, mais ils doivent être contrôlés un par un. Nous avons la flexibilité de contrôler les atomes à l'aide de champs magnétiques, de champs électriques ou de toute combinaison de ceux-ci, ce qui nous donnera de nombreuses options lors de la mise à l'échelle du système.
Ensuite, l’équipe prévoit d’utiliser ces atomes pour coder des qubits logiques, ouvrant ainsi la voie à des ordinateurs quantiques plus pratiques.
La recherche a été publiée dans la revue Nature Communications.