Mémoire quantique dans le diamant ✎ express

Original: "Hybrid quantum circuit with a superconducting qubit coupled to a spin ensemble"
arXiv:1110.2978 · 2011-10-13 · arXiv non-exclusive · analyse indépendante · 2 min
Un qubit supraconducteur a transmis des informations à un ensemble de spins dans un diamant, puis les a relues.

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Un minuscule diamant avec des défauts — des atomes d'azote ayant remplacé des atomes de carbone — recèle une particularité étonnante. Autour de chaque défaut tourne un électron supplémentaire, comme une toupie que l'on peut incliner par des impulsions radio. Cette toupie est bien trop discrète pour se faire entendre d'un qubit supraconducteur — un atome artificiel fonctionnant à des températures plus froides que l'espace interstellaire. Mais si l'on place entre eux un intermédiaire — un résonateur accordable, semblable à un diapason dont on peut ajuster la note — ils se mettent à chanter à l'unisson.

Un qubit est l'équivalent quantique d'un bit : il peut être à la fois 0 et 1 tant qu'on ne le mesure pas. Le qubit supraconducteur est fabriqué à partir d'un film d'aluminium sur du silicium et vit à la température de l'hélium liquide.

Dans l'expérience, le qubit était d'abord préparé dans l'état voulu — comme un chef d'orchestre qui donne le ton avant le concert. Cet état était ensuite transféré, via le résonateur, à l'excitation collective de millions de toupies de spin dans le diamant. Les spins mémorisaient le motif des oscillations et le conservaient assez longtemps pour le retransmettre ensuite au qubit. Lors de la lecture, le qubit restituait l'état initial — comme une note chantée de mémoire par un chœur après une pause.

Une plaquette de diamant de la taille d'un grain de riz contenait environ un milliard de centres NV. Ensemble, ils produisaient un signal que le qubit pouvait entendre sans amplificateur.

Ainsi, un nuage de spins dans un cristal a pour la première fois fonctionné comme une véritable mémoire quantique pour un qubit supraconducteur. Une telle mémoire est nécessaire pour interconnecter de nombreux qubits en réseau : pendant que l'un attend la réponse d'un autre, l'information n'est pas perdue mais stockée dans le nuage de spins à longue durée de vie. À l'avenir, cela pourrait aider à construire des processeurs quantiques où le calcul et la mémoire sont séparés, comme dans un ordinateur classique. Et alors, le minuscule diamant avec ses défauts cessera d'être un simple cristal : il deviendra un réservoir fiable pour les états quantiques.

Un centre NV dans le diamant émet une lumière rouge lorsqu'on l'éclaire avec un laser vert — c'est ainsi qu'on le repère au microscope.

Dans le roman L'Âge de diamant de Neal Stephenson, les diamants deviennent la base de l'informatique du futur.

Scientifiques
Enrico FermiPaul DiracSatyendra Nath BoseAlbert EinsteinWolfgang PauliErwin Schrödinger
Notions
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