Des spins dans le diamant lus par l'électricité express
Les ordinateurs quantiques exigent une mémoire fiable. Dans un cristal de diamant — carbone — l'information est stockée sous forme de direction de minuscules aiguilles magnétiques (spins) au niveau de défauts particuliers. Lire ces aiguilles avec de la lumière était peu pratique : l'optique est encombrante pour les puces. La nouvelle méthode fonctionne comme le développement d'une pellicule photo.
D'abord, le laser « expose » le spin : si l'aiguille pointe dans un sens, le défaut éjecte un électron dans un piège microscopique à la surface du diamant ; si elle pointe dans l'autre, rien. La charge peut y rester des heures. Ensuite, en appliquant une tension et en éclairant à nouveau, les pièges sont secoués — et les électrons collectés créent une impulsion de courant. L'amplitude de ce photocourant permet de déterminer la direction initiale du spin. La méthode, baptisée CCDMR (résonance magnétique avec piégeage de charge), est entièrement électrique : inutile de capter de faibles flashs. Elle se place facilement sur un cristal, créant des puces quantiques de la taille d'un ongle.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2510.25619
Electrical detection methods for solid-state spins are attractive for quantum technologies, being readily chip-scalable and not subject to the small photon budgets of single emitters. However, realising electrical spin readout in wide-bandgap materials with similar fidelity and bandwidth to optical approaches remains challenging. Here, we introduce a photoelectrical spin readout scheme that detects spin information stored long-term as trapped electrical charges. Using nitrogen-vacancy (NV) centres in diamond as a model system, spin-dependent photoionisation generates charge carriers that are stored in long-lived trap states at a diamond-metal Schottky junction. On-demand illumination of the junction under electrical bias releases stored charge, yielding a photocurrent transient proportional to the amount of trapped charge and hence spin state. Spin readout after coherent control of single NVs is demonstrated using charge readout in a protocol we call charge-capture detected magnetic resonance (CCDMR), and we use charge-based imaging to identify charge carrier generation and trapping processes. Our results establish CCDMR as a new technique for solid-state spin qubit readout, combining attaractive features of electrical detection with the stability of long-lived charge traps in wide-bandgap materials.
Les pièges à électrons dans le diamant sont si stables que la charge qui y est écrite peut se conserver pendant des années — bien plus longtemps que ne fonctionnent la plupart des instruments de laboratoire.
L'idée de stocker des informations dans des cristaux nous est familière grâce à Superman : sa forteresse de solitude utilisait des cristaux comme base de données. Les puces quantiques en diamant, c'est presque pareil, mais en vrai.