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Des ingénieurs australiens ont dévoilé le premier circuit intégré quantique en silicium. En contrôlant précisément les états quantiques des atomes le composant, il est possible de simuler la structure et les propriétés des molécules avec une précision étonnante.

Une première mondiale

Récemment décrit dans la revue Nature, le nouveau circuit quantique a été développé par des chercheurs de l’université de Nouvelle-Galles du Sud, en collaboration avec la start-up Silicon Quantum Computing. Il se compose essentiellement de dix points quantiques à base de carbone intégrés dans du silicium, avec six portes métalliques contrôlant le flux d’électrons dans le circuit.

La clef réside dans l’arrangement des atomes de carbone à l’échelle sub-nanométrique, positionnés avec précision afin d’imiter la structure atomique d’une molécule particulière, ce qui permet aux scientifiques de simuler et d’étudier ses états énergétiques avec plus de précision que jamais.

Ici, les atomes de carbone ont été disposés de façon à recréer la structure du composé organique polyacétylène, constitué d’une chaîne répétitive d’atomes de carbone et d’hydrogène avec une alternance de liaisons simples et doubles entre eux. Pour simuler ces liaisons, l’équipe a placé les atomes à différentes distances les uns des autres.

Un courant électrique a ensuite été envoyé dans le circuit afin de vérifier s’il correspondait à la signature d’une molécule naturelle de polyacétylène. Ce qui s’est avéré être le cas. Dans d’autres tests, l’équipe a créé deux versions différentes de la chaîne en sectionnant les liaisons à différents endroits, et les courants résultants se sont révélés correspondre parfaitement aux prédictions théoriques.

Un circuit quantique à l’échelle atomique pour créer de nouveaux matériaux

Selon l’équipe, ce nouveau circuit quantique pourrait être utilisé pour créer de nouveaux matériaux, produits pharmaceutiques ou catalyseurs. La prochaine étape consistera à mettre au point un circuit quantique à 20 atomes, qui permettra de simuler des molécules encore plus complexes.

« La plupart des autres architectures informatiques quantiques n’ont pas la capacité de concevoir des atomes avec une précision inférieure au nanomètre ou de permettre une telle proximité entre les atomes », explique Michelle Simmons, auteure principale de l’étude.

« Cela signifie que nous pouvons maintenant commencer à comprendre des molécules de plus en plus complexes en plaçant les atomes de façon à ce qu’ils imitent le système physique réel. »

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