Des chercheurs du laboratoire CNRS Ondes et Matière d’Aquitaine travaillent sur une nouvelle approche vers l'ordinateur quantique, le qubit nanomécanique, qui présente l'avantage d'être plus résistant à la décohérence que les machines existantes. L'approche se base sur les oscillations d'un nanotube de carbone – que l’on peut se représenter comme un élastique de quelques microns de longueur – pour représenter un état quantique : 0, 1, ou une superposition cohérente de deux états. Il servirait ainsi d’unité de base d’un calculateur quantique capable d’effectuer des calculs, comme le sont les transistors dans un ordinateur conventionnel.
« Les oscillateurs mécaniques peuvent avoir des temps de vie très longs », souligne Fabio Pistolesi, directeur de recherche au laboratoire CNRS Ondes et Matière d’Aquitaine (LOMA) qui dirige ces recherches. « Si vous poussez une balançoire, elle va faire quelques dizaines d’oscillations. Un système nanomécanique bien isolé en fera plusieurs millions », ajoute-t-il.
Grâce à cette propriété physique remarquable, un système, à condition qu'il soit bien isolé, ne perd pas son énergie, et conserve très longtemps son état. Dans ce contexte, il devient alors possible d’utiliser l’amplitude des oscillations pour stocker de l’information quantique. Mais encore faut-il parvenir à mesurer cette amplitude, ce qui n'est possible qu'en mesurant la fréquence de l'oscillateur. Le problème, c'est que la périodicité des oscillations ne dépend pas de leur amplitude, car elles sont harmoniques. Comme la fréquence ne change pas, il est très difficile de détecter l’amplitude ou de manipuler l'état de l'oscillateur. Pour relever ce défi, les chercheurs ont eu l'idée d'introduire un point quantique dans le système ; celui-ci va piéger un électron sur le nanotube, ce qui va permettre de produire la non-linéarité recherchée.
Ce remarquable dispositif permet aux chercheurs de détecter l’état d’amplitude du qubit à travers sa fréquence. « L’état d’amplitude minimal de l’oscillateur correspond au zéro. Le premier état excité, d’une énergie très légèrement supérieure, correspond au un », explique Fabio Pistolesi. « Nous pouvons aussi générer un état de superposition de ces deux états, qui correspond à d’autres états d’oscillation », précise-t-il. Au-delà du fonctionnement basique de ce qubit, les chercheurs ont défini comment modifier et lire l’information qu’il stocke, mais aussi montré qu’un couplage était possible entre plusieurs d’entre eux.
Reste que la fabrication d’un tel dispositif est complexe et l'équipe de Fabio Pistolesi fait pousser les nanotubes de carbone directement sur le dispositif électronique permettant de les contrôler. Maîtriser cette technique constitue un nouveau défi que ces chercheurs vont devoir relever, avant d'envisager la réalisation d'un prototype de machine quantique utilisant les qubits nanomécaniques…
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
