Des chercheurs du Centre d’informatique quantique de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud, à Sydney sont parvenus à positionner avec une précision sans précédent cet atome de phosphore au sein d’une couche de silicium en combinant des techniques déjà utilisées dans la production industrielle de semi-conducteurs classiques avec un microscope «à effet tunnel». Cette prouesse technique leur a permis de cibler un groupe de six atomes de silicium et de remplacer l’un d’eux par l’atome de phosphore, avec une précision supérieure à un demi-nanomètre (un nanomètre est un million de fois plus petit qu’un millimètre).
Jusqu’à présent, la précision obtenue pour de telles opérations était de l’ordre de 10 nanomètres, une marge d’erreur encore bien trop importante à l’échelle atomique. «Cette position individuelle de l’atome est vraiment primordiale si on veut pouvoir l’utiliser dans un ordinateur quantique», qui offrirait une rapidité et une puissance de calcul inégalées, explique Martin Füchsle, du Centre d’informatique quantique de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud, à Sydney.
Les tests réalisés par l’équipe de Michelle Simmons ont confirmé que l’atome de phosphore jouait bien le rôle d’un transistor, comme ceux qui sont utilisés en électronique classique. Il peut servir par exemple d’interrupteur ou d’amplificateur d’un signal électrique. Mieux encore, ce transistor atomique conserverait une partie de ses propriétés quantiques, ouvrant la voie à d’autres applications. La physique quantique, en vigueur au niveau de l’atome, déroge en effet aux règles de la physique classique s’appliquant à plus grande échelle.
Cette technique, encore expérimentale, serait donc «particulièrement pertinente pour le développement de transistors au silicium à l’échelle de l’atome, et notre approche pourrait aussi être utilisée dans les ordinateurs quantiques», affirment les chercheurs. Il ne s’agit toutefois que d’un premier pas, soulignent-ils. «Pour arriver à construire un ordinateur (quantique), il faudra à terme placer un grand nombre de transistors atomiques» les uns à la suite des autres, explique Mme Simmons. Mais ces résultats sont très encourageants et démontrent qu’un dispositif constitué d’un seul atome peut en théorie être construit et contrôlé à l’aide de nanofils.
La même équipe dirigée par Michelle Simmons a par ailleurs réussi à mettre au point un tel nanofil, constitué de silicium et de phosphore, large de quatre atomes et haut d’un seul. Ce nanofil est capable de conduire le courant aussi efficacement que le banal fil de cuivre des câbles électriques de nos appareils électroménagers.
