Les scientifiques ont découvert un nouvel état quantique que les ingénieurs peuvent exploiter dans une puce à semi-conducteurs bidimensionnelle (2D) pour contrôler les informations quantiques de manière plus fiable que jamais. Il fournit une piste prometteuse dans une nouvelle méthode pour extraire les informations quantiques des particules subatomiques.
Les progrès récents dans les matériaux 2D ultramins – qui ne sont qu’une molécule d’épaisseur – ont créé des candidats prometteurs pour les puces informatiques qui ont beaucoup plus d’alimentation dans beaucoup moins d’espace. Les semi-conducteurs 2D offrent également des opportunités fantastiques pour calcul quantique.
L’intrication quantique, par laquelle deux particules subatomiques peuvent partager des informations au fil du temps et de l’espace grâce à la «cohérence», est très délicate, mais essentielle au traitement des calculs en parallèle, plutôt qu’en séquence.
La prévention de la décohérence – la perte de propriétés quantiques dans une structure subatomique – est essentielle pour que l’intrication quantique soit efficace dans les ordinateurs quantiques, mais les structures 3D sont très sujettes aux influences thermiques (comme la chaleur) ou à des ondes électromagnétiques parasites, et s’effondrent généralement dans les fractions d’une deuxième. C’est là que les matériaux 2D entrent en jeu.
Le maintien de la cohérence dans un matériau 2D est beaucoup plus facile, car ils sont moins sujets à ces influences thermiques qui effondrent la cohérence quantique.
Bien que les mécanismes de cohérence n’aient pas encore été bien compris dans les matériaux 2D, un nouvelle étude Publié le 9 octobre dans la revue Nano lettresa décrit comment les scientifiques ont découvert un nouvel état quantique qui peut maintenir des périodes de cohérence plus longues. Ils ont également identifié un mécanisme provoquant un enchevêtrement quantique dans ce nouvel état quantique, proposant ainsi également une méthode par laquelle les informations quantiques peuvent être contrôlées et extraites de celle-ci.
Un état quantique jamais vu auparavant
Plus précisément, pour la première fois, ils ont observé le processus de formation de l’exciton en collaboration avec les états Floquet. En utilisant la spectroscopie photoélectronique avec un semi-conducteur 2D, les scientifiques ont observé la formation d’exciton – qui se produit lorsqu’un photon excite un électron dans un état d’énergie plus élevé. L’exciton est un quasi-particules composé d’un électron et d’un trou chargé positivement qui est lié ensemble.
Un autre avantage des matériaux 2D, sur les semi-conducteurs conventionnels, est qu’un exciton a de forts niveaux d’énergie de liaison. Dans les systèmes quantiques entraînés par un champ temporel (dans ce cas, le conducteur est de courtes rafales de photons), des états quasi stationnaires, appelés «états de floquet», peuvent se produire. Ceux-ci ont des propriétés qui diffèrent considérablement de celles des systèmes non dirigés d’origine dans un état d’équilibre. Le nouvel état est une conjonction de ces deux conditions connues.
« Nous avons découvert un nouvel état quantique, connu sous le nom de l’état de synthèse du sol exciton, et proposé un nouveau mécanisme pour l’intrication quantique et l’extraction d’informations quantiques ». Jaedong Lee du Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, a déclaré dans un communiqué. « Cela devrait faire avancer la recherche sur les technologies de l’information quantique en semi-conducteurs bidimensionnels. »
Dans l’étude, les scientifiques ont reconnu que les nouveaux états quantiques qui sont formés de manière transitoire présentent un « défi » pour les nouvelles applications des milieux semi-conducteurs 2D, bien qu’ils n’aient pas expliqué quel serait le principal défi dans le document. Ils sont cependant confiants que leurs recherches promettent de ouvrir la voie à l’utilisation de semi-conducteurs 2D pour créer un nouveau type d’appareil reconfigurable pour stocker des données dans des ordinateurs quantiques.