Le 9 juillet, l’équipe de Diraq a publié dans Nature Communications les résultats expérimentaux d’un réseau de 8 qubits de spin au silicium. Les chercheurs ont utilisé un dispositif SiMOS de 300 mm fabriqué par l’IMEC (Centre de microélectronique de Belgique) pour réaliser l’accord, l’adressage indépendant et le contrôle cohérent de 8 points quantiques. Ce dispositif, fabriqué selon un processus de plaquette compatible avec la technologie CMOS (semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire), étend la cellule précédente de 2 qubits à un réseau linéaire de 8 qubits.

Le dispositif expérimental est composé de 8 points quantiques au silicium disposés linéairement, avec des transistors à un électron intégrés à chaque extrémité du réseau pour convertir l’état de spin en un signal de charge mesurable. Les points quantiques sont construits sur un substrat de silicium-28 isotopiquement purifié, avec une concentration résiduelle de silicium-29 d’environ 400 ppm ; l’espacement des grilles est de 90 nm, et la fabrication combine la lithographie optique et la lithographie par faisceau d’électrons pour contrôler la structure des grilles des points quantiques, la densité de défauts et le bruit électrique du dispositif. Chaque paire de points quantiques adjacents forme une cellule à double point quantique, et les 8 qubits sont accordés individuellement par 4 groupes de doubles points quantiques, décomposant ainsi le processus de calibration de l’ensemble du réseau en plusieurs unités locales contrôlables séparément.

Les 8 qubits ont tous été soumis à un contrôle par résonance et à des mesures de cohérence. Le temps de décohérence Ramsey mesuré pour le réseau atteint au maximum 41 microsecondes, tandis que le temps de cohérence par écho de Hahn atteint jusqu’à 1,31 milliseconde.

Sous l’application d’un champ magnétique continu dans le plan de 0,5 Tesla, les niveaux d’énergie de spin des électrons subissent une division Zeeman d’environ 14 GHz. Les légères différences de facteur g électronique entre les différents qubits permettent aux chercheurs de sélectionner le qubit cible à l’aide d’impulsions micro-ondes de résonance de spin électronique indépendantes. La porte Xπ/2 à un qubit est réalisée par des impulsions micro-ondes chronométrées, tandis que la porte Zπ/2 est effectuée par un déphasage virtuel dans la source micro-ondes ; l’interaction d’échange de Heisenberg entre qubits adjacents est contrôlée par la tension de la grille de barrière et utilisée pour exécuter une porte de phase contrôlée. L’expérience a également mis en place un programme de rétroaction en temps réel pour suivre en continu la tension de fonctionnement du transistor à un électron et la fréquence de Larmor des qubits, corrigeant ainsi les dérives de paramètres pendant le fonctionnement.

La partie lecture utilise un schéma de détection de charge en cascade à deux niveaux. Les deux groupes de qubits aux extrémités du réseau sont lus directement via les transistors à un électron, tandis que les 4 qubits situés au centre déclenchent d’abord un mouvement en cascade des électrons dans les points quantiques externes, puis les capteurs aux extrémités détectent les variations de charge amplifiées. Cette méthode permet de lire l’état de spin des qubits centraux du réseau linéaire sans ajouter de capteurs indépendants supplémentaires à chaque groupe de points quantiques.

L’équipe a également exécuté des opérations de porte à deux qubits à faible bruit de phase entre qubits adjacents. L’article présente actuellement le contrôle de porte à deux bits pour une paire de qubits adjacents, sans avoir encore achevé la calibration unifiée de toutes les portes d’intrication entre les 4 groupes de doubles points quantiques.

Il convient de noter que cet article ne publie pas d’indicateur unifié tel qu’une « fidélité opérationnelle de 99 % pour l’ensemble du réseau de 8 qubits ». La fidélité des portes à un et deux qubits dépassant 99 % provient des tests précédents sur une cellule de 2 qubits fabriquée selon le même procédé CMOS de 300 mm ; les principaux indicateurs publiés dans cette expérience sur 8 qubits sont l’accord et le contrôle indépendant de tous les 8 points quantiques, le maintien du temps de cohérence, la lecture en cascade des 4 qubits centraux, et l’exécution d’opérations de porte à deux bits à faible bruit de phase entre qubits adjacents.