Une étude publiée récemment dans la revue « Nature » montre qu'une équipe de recherche de l'Université technique de Delft aux Pays-Bas a réalisé des opérations logiques quantiques entre des « qubits mobiles » sur une puce quantique en silicium, et a en outre accompli une téléportation quantique à l'intérieur de la puce. Cela signifie que les qubits, auparavant fixes, peuvent désormais se déplacer et échanger des informations dans la puce comme des « messagers » de l'information, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour la construction future d'ordinateurs quantiques à grande échelle et évolutifs.
La réalisation d'ordinateurs quantiques pratiques à grande échelle a toujours été bloquée par un problème clé : il est difficile pour les qubits de « communiquer » entre eux de manière flexible et efficace. Dans les puces quantiques traditionnelles, les qubits sont généralement fixés à des emplacements spécifiques et ne peuvent interagir qu'avec leurs « voisins » proches. Cette limitation rend la transmission d'informations extrêmement complexe dès que l'échelle de la puce quantique augmente.
Cette fois, l'équipe a proposé une nouvelle approche similaire à un « tapis roulant », appelée « navette en mode convoyeur », qui utilise des champs électriques mobiles pour transporter des électrons dans une puce de silicium. Comme le spin de l'électron peut lui-même servir de qubit, ils « transportent » en réalité de l'information quantique.
Le dispositif utilisé dans l'expérience est un dispositif en silicium doté d'un réseau linéaire de points quantiques. Un point quantique peut être compris comme un « piège à électrons » microscopique capable de confiner un seul électron. L'équipe a d'abord placé deux électrons aux deux extrémités de la puce, puis, en contrôlant précisément la tension des grilles métalliques, a créé une zone de potentiel électrique mobile à l'intérieur de la puce, acheminant lentement les électrons vers le centre.
Lorsque les deux électrons sont suffisamment proches, leurs états quantiques se couplent mutuellement, réalisant ainsi une opération à deux qubits. Ensuite, un signal électrique inverse est appliqué pour renvoyer les électrons à leur position d'origine afin de lire le résultat. L'ensemble du processus ressemble à deux « messagers » porteurs d'informations qui se rencontrent au centre de la puce, échangent des informations, puis retournent chacun à leur point de départ.
Dans une seconde expérience, l'équipe a également démontré la téléportation quantique. Ils ont d'abord intriqué deux électrons, c'est-à-dire établi une connexion quantique qui maintient une corrélation quelle que soit la distance, puis ont utilisé cette paire d'électrons intriqués pour « téléporter » l'état d'un troisième qubit vers un électron situé à l'autre extrémité de la puce.
Cette architecture de « qubits mobiles » pourrait devenir une base importante pour les futurs processeurs quantiques à semi-conducteurs à grande échelle. En théorie, elle est également compatible avec les procédés de fabrication de l'industrie actuelle des puces, ouvrant la voie à la production de masse de futures puces quantiques. Cependant, le chemin vers un ordinateur quantique véritablement pratique reste long, et des problèmes tels que la stabilité des états quantiques, le contrôle des erreurs et l'intégration à grande échelle demeurent des défis à relever dans ce domaine.