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D’accord! L’appareil utilise une simple diode électrique pour manipuler les qubits à l’intérieur d’une plaquette de silicium commerciale. Crédit : Studios Second Bay/Harvard SEAS
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L’appareil utilise une simple diode électrique pour manipuler les qubits à l’intérieur d’une plaquette de silicium commerciale. Crédit : Studios Second Bay/Harvard SEAS
L’Internet quantique serait beaucoup plus facile à construire si nous pouvions utiliser les technologies et infrastructures de télécommunications existantes. Au cours des dernières années, les chercheurs ont découvert des défauts dans le silicium, un matériau semi-conducteur omniprésent, qui pourrait être utilisé pour envoyer et stocker des informations quantiques sur des longueurs d’onde largement utilisées dans les télécommunications. Ces défauts du silicium pourraient-ils constituer le meilleur choix parmi tous les candidats prometteurs pour héberger des qubits destinés aux communications quantiques ?
“C’est encore le Far West”, a déclaré Evelyn Hu, professeur Tarr-Coyne de physique appliquée et de génie électrique à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).
“Même si les nouveaux défauts candidats constituent une plate-forme de mémoire quantique prometteuse, on ne sait souvent presque rien de la raison pour laquelle certaines recettes sont utilisées pour les créer, ni de la manière dont on peut les caractériser rapidement ainsi que leurs interactions, même dans des ensembles.
“Et finalement, comment pouvons-nous affiner leur comportement afin qu’ils présentent des caractéristiques identiques ? Si nous voulons un jour créer une technologie à partir de ce vaste monde de possibilités, nous devons disposer de moyens de les caractériser mieux, plus rapidement et plus efficacement.”
Aujourd’hui, Hu et une équipe de chercheurs ont développé une plate-forme pour sonder, interagir avec et contrôler ces systèmes quantiques potentiellement puissants. Le dispositif utilise une simple diode électrique, l’un des composants les plus courants dans les puces semi-conductrices, pour manipuler les qubits à l’intérieur d’une plaquette de silicium commerciale.
Grâce à cet appareil, les chercheurs ont pu explorer comment le défaut réagit aux changements du champ électrique, régler sa longueur d’onde dans la bande de télécommunications et même l’allumer et l’éteindre.
“L’une des choses les plus excitantes concernant ces défauts dans le silicium est que vous pouvez utiliser des dispositifs bien compris comme des diodes dans ce matériau familier pour comprendre un tout nouveau système quantique et en faire quelque chose de nouveau”, a déclaré Aaron Day, titulaire d’un doctorat. D. candidat à SEAS. Day a codirigé les travaux avec Madison Sutula, chercheuse à Harvard.
Bien que l’équipe de recherche ait utilisé cette approche pour caractériser les défauts du silicium, elle pourrait être utilisée comme outil de diagnostic et de contrôle des défauts d’autres systèmes de matériaux.
La recherche est publié dans les communications naturelles.
Les défauts quantiques, également appelés centres de couleur ou émetteurs quantiques, sont des imperfections dans des réseaux cristallins par ailleurs parfaits qui peuvent piéger des électrons uniques. Lorsque ces électrons sont frappés par un laser, ils émettent des photons dans des longueurs d’onde spécifiques.
Les défauts du silicium qui intéressent le plus les chercheurs pour les communications quantiques sont appelés centres G et centres T. Lorsque ces défauts piègent des électrons, ceux-ci émettent des photons dans une longueur d’onde appelée bande O, largement utilisée dans les télécommunications.
Dans cette recherche, l’équipe s’est concentrée sur les défauts du centre G. La première chose qu’ils devaient comprendre était de savoir comment les fabriquer. Contrairement à d’autres types de défauts, dans lesquels un atome est retiré d’un réseau cristallin, les défauts du centre G sont créés en ajoutant des atomes au réseau, en particulier du carbone. Mais Hu, Day et le reste de l’équipe de recherche ont découvert que l’ajout d’atomes d’hydrogène est également essentiel à la formation cohérente du défaut.
Ensuite, les chercheurs ont fabriqué des diodes électriques en utilisant une nouvelle approche qui prend en sandwich de manière optimale le défaut au centre de chaque appareil sans dégrader les performances du défaut ou de la diode.
La méthode de fabrication peut créer des centaines de dispositifs présentant des défauts intégrés sur une plaquette commerciale. En connectant l’ensemble de l’appareil pour appliquer une tension ou un champ électrique, l’équipe a découvert que lorsqu’une tension négative était appliquée aux bornes de l’appareil, les défauts s’éteignaient et s’assombrissaient.
“Comprendre quand un changement d’environnement entraîne une perte de signal est important pour concevoir des systèmes stables dans les applications de réseau”, a déclaré Day,
Les chercheurs ont également découvert qu’en utilisant un champ électrique local, ils pouvaient régler les longueurs d’onde émises par le défaut, ce qui est important pour les réseaux quantiques lorsque des systèmes quantiques disparates doivent être alignés.
L’équipe a également développé un outil de diagnostic permettant d’imaginer comment les millions de défauts intégrés dans le dispositif changent dans l’espace à mesure que le champ électrique est appliqué.
“Nous avons constaté que la façon dont nous modifions l’environnement électrique des défauts a un profil spatial, et nous pouvons l’imager directement en observant les changements dans l’intensité de la lumière émise par les défauts”, a déclaré Day.
“En utilisant autant d’émetteurs et en obtenant des statistiques sur leurs performances, nous comprenons désormais bien comment les défauts réagissent aux changements dans leur environnement. Nous pouvons utiliser ces informations pour déterminer comment créer les meilleurs environnements pour ces défauts dans les futurs appareils. Nous avoir une meilleure compréhension de ce qui rend ces défauts heureux et malheureux. »
L’équipe vise ensuite à utiliser les mêmes techniques pour comprendre les défauts du centre T du silicium.
Plus d’information:
Aaron M. Day et al, Manipulation électrique des centres de couleurs télécoms en silicium, Nature Communications (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-48968-w
Informations sur la revue :
Communications naturelles
2024-06-19 18:23:01
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