Un groupe de recherche international piloté par le CNR et le Politecnico de Milan a effectué une étude sur la faisabilité des circuits photoniques (guide d’onde) dans des plates-formes en diamant capables de fournir une puissance de calcul infiniment supérieure à celle des ordinateurs traditionnels.
Ces dispositifs innovants permettraient de résoudre des problèmes très complexes comme les prévisions des changements climatiques, les variations du marché des actions ou les diagnostics médicaux, à savoir IRM, en augmentant de manière exponentielle leur sensibilité et résolution.
L’étude a permis de réaliser le premier prototype de circuit quantique intégré en diamant, une plate-forme permettant d’intégrer dans la même puce les sources de qubit (les bits quantiques) et les guides d’onde optiques. Les circuits photoniques sont l’analogue optique des circuits électriques, mais ce sont les photons, les quanta lumineux, à être transportés le long des parcours optiques.
Pour la création de ce type de parcours, des impulsions laser femtosecondes ont été utilisées et permettent de modifier les caractéristiques physiques du diamant. En traçant des lignes qui constituent le circuit, elles mettent en contact les défauts dans le diamant qui peuvent être utilisés comme des bits quantiques.
En effet, dans la maille cristalline du diamant, il y a des défauts, tels que les lacunes d’azote (nitrogen vacancy-NV) : c’est le cas si, à la place de deux noyaux de carbone, un atome d’azote occupe la place adjacente à celle d’un atome de carbone vacant. Ces défauts ont une disposition aléatoire à l’intérieur du diamant et ont des propriétés spéciales : le spin électronique du centre NV peut être utilisé comme bit quantique en augmentant la vitesse de calcul de façon exponentielle par rapport aux ordinateurs actuels, ayant des bits normaux, c’est-à-dire les électrons. Par le biais d’une exposition à un laser à femtosecondes, il est possible de créer des centres NV aux positions souhaitées, en contrôlant ainsi le schéma des circuits quantiques.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
