Cette percée ouvre la voie à des ordinateurs quantiques

Les ordinateurs quantiques promettent de surpasser les machines traditionnelles dans de nombreuses tâches. En parvenant à tordre la lumière à température ambiante, des chercheurs japonais ont fait un pas de plus vers des dispositifs plus compacts et pratiques.

Une lumière à polarisation de vallée produite à température ambiante

Certains types d’ordinateurs quantiques utilisent des particules de lumière pour le transport des données. Pour coder les informations dans ces photons, l’état des électrons est manipulé afin qu’ils représentent un 1 ou 0. Lorsqu’ils interagissent avec certains matériaux émetteurs de lumière, les électrons transmettent ces informations aux photons, qui peuvent alors les stocker et les diffuser.

Une nouvelle méthode d’encodage des données dans les ordinateurs quantiques consiste à utiliser ce que l’on appelle la lumière à polarisation de vallée. Essentiellement, les électrons peuvent exister dans plusieurs bandes d’énergie différentes, séparées par des « creux » où leur énergie se révèle faible. Lorsque les électrons situés dans ces vallées produisent de la lumière, ils créent un motif circulaire de lumière polarisée qui peut se tordre à gauche ou à droite (une propriété connue sous le nom de chiralité), ce qui présente un fort potentiel pour le stockage et la transmission d’informations quantiques.

Cependant, ce type de lumière polarisée ne peut généralement être généré qu’à l’aide d’aimants puissants et à des températures proches du zéro absolu, cantonnant actuellement de telles architectures aux grandes installations expérimentales. Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Advanced Materials, des chercheurs de l’université de Nagoya ont trouvé un moyen de produire cette lumière à température ambiante, sans utiliser d’aimant.

L’enchevêtrement de groupes de trois points quantiques en silicium promet des machines beaucoup plus polyvalentes — Yurchanka Siarhei / Shutterstock.com

Des expériences déterminantes

L’équipe a, dans un premier temps, créé un dispositif à semi-conducteurs afin de générer une telle lumière à des températures allant jusqu’à -193 °C. Il s’est avéré que cette dernière était produite à des températures plus élevées dans certaines sections du dispositif quand le substrat avait été déformé pendant l’assemblage. Dans le cas contraire, la lumière chirale n’était pas produite avant que la température ne chute radicalement.

Afin de s’assurer qu’une telle déformation constituait la cause du phénomène, l’équipe a créé un nouveau dispositif, composé de disulfure de tungstène sur un substrat en plastique. Lorsqu’une contrainte était appliquée au matériau, le courant électrique produit suivait l’angle de torsion, générant à son tour une lumière polarisée dans la vallée à température ambiante. Pour que la lumière se déplace dans la direction opposée, il suffisait aux chercheurs d’appliquer un champ électrique.

Vers des machines quantiques plus compactes et pratiques

« Notre utilisation de semi-conducteurs monocouches déformés est la première démonstration d’un dispositif émetteur de lumière capable de générer et de commuter électriquement une lumière polarisée circulairement à droite et à gauche à température ambiante », explique Taishi Takenobu, co-auteur de l’étude.

Selon l’équipe, cette percée ouvre la voie au développement de dispositifs quantiques « domestiques ». Leurs futurs travaux se concentreront sur l’optimisation du système pour tendre vers cette possibilité.

Par Yann Contegat, le 4 octobre 2021