A quoi sert un Si-QuBus?

Utilisant des concepts clés de la mécanique quantique tels que la superposition et l’intrication, les ordinateurs quantiques promettent de résoudre des problèmes qui sont insolubles pour les ordinateurs classiques. Pour faire fonctionner un ordinateur quantique de manière réaliste, l’information quantique doit être encodée dans plusieurs éléments quantiques, les qubits. Ainsi, un ordinateur quantique nécessite des millions de qubits et doit avoir une architecture intégrable à grandes échelles. Dans le silicium, un qubit est encodé alors dans le spin d’un seul électron. Nous avons appris à piéger un seul électron dans du silicium, à manipuler précisément son spin, à le mettre en superposition et à l’intriquer avec un autre qubit. Jusqu’à présent, ces fonctionnalités ont été démontrées dans des dispositifs de deux qubits pas plus.

Les puces d’ordinateur classiques sont faites de silicium, basées sur la même technologie que les pièges à électrons et démontrées hautement intégrable à grandes échelles par l’industrie de la microélectronique. Cependant, nous ne pouvons pas mettre à l’échelle une puce quantique aussi facilement, car les qubits et donc les électrons doivent être très proches les uns des autres afin de pouvoir interagir. Pour une architecture intégrable, nous avons besoin d’espace sur la puce quantique pour amener les signaux électriques nécessaires ou pour une co-intégration d’éléments de puce quantique avec une électronique silicium classique.

Notre idée est un nouvel élément fonctionnel, le bus quantique (QuBus), qui transporte un seul électron et donc l’information quantique sur une distance d’environ 10 microns. Le QuBus génère de cette manière l’espace entre qubits dont nous avons besoin pour concevoir une architecture d’ordinateur quantique intégrable. Il est compatible avec la fabrication industrielle et nous bénéficions de partenaires industriels tels que LETI, STMicroelectronics et Intel au sein du consortium. À la fin du projet, nous visons la démonstration de la téléportation quantique à travers un QuBus et l’exploration de la capacité d’interconnection d’un QuBus pour permettre la construction de réseaux bidimensionnels de qubits en interaction tolérants aux erreurs sur une puce.

Schéma d’un QuBus. Une boîte quantique est formée à l’intérieur d’un puits quantique de Si à l’aide de grilles métalliques multicouches. En pulsant les tensions vers ces grilles, la boîte quantique, qui contient un seul électron, est propulsée à travers un canal unidimensionnel formé électrostatiquement. Les transistors à un seul électron (SET) peuvent détecter un seul électron et son état de spin aux extrémités du QuBus.

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