Le transport quantique devient balistique

Le scientifique d'IBM Johannes Gooth se concentre sur l'électronique à l'échelle nanométrique et quantique physique.

Publiés aujourd'hui dans la revue à comité de lecture Nano Letters, les scientifiques d'IBM ont envoyé pour la première fois un électron à travers un nanofil semi-conducteur III-V intégré sur du silicium. Cette réalisation constituera la base de dispositifs à fil quantique sophistiqués pour les futurs circuits intégrés utilisés dans des systèmes informatiques avancés et puissants.

Le scientifique d'IBM et auteur principal de l'article, le Dr Johannes Gooth explique l'article dans ce Q&R.

Le titre de votre article est Interconnexions à jonction croisée de nanofils InAs balistiques unidimensionnels. Quand je lis « balistique », des missiles plutôt gros me viennent à l'esprit, mais ici, vous le faites à l'échelle nanométrique. Pouvez-vous parler des défis que cela présente ?

Johannes Gooth (JG) : Oui, c'est très similaire, mais bien sûr à une échelle très différente. Des électrons sont tirés à partir d'une électrode de contact et volent à travers le nanofil sans être dispersés jusqu'à ce qu'ils frappent l'électrode opposée. Le nanofil agit comme un guide parfait pour les électrons, de sorte que toutes les informations quantiques de cet électron (énergie, quantité de mouvement, spin) peuvent être transférées sans pertes.

Nous pouvons maintenant le faire dans des croisements, ce qui nous permet de construire des réseaux de tuyaux d'électrons, où l'information quantique peut parfaitement être transmise. Le défi consiste à fabriquer un matériau géométriquement très bien défini sans diffuseurs à l'intérieur à l'échelle nanométrique. L'épitaxie sélective assistée par modèle ou le processus TASE, qui a été développé ici au IBM Zurich Lab par mes collègues, rend cela possible pour la première fois.

Comment cette recherche se compare-t-elle à d'autres activités en cours ailleurs ?

JG : Plus important encore, par rapport aux applications quantiques optiques et supraconductrices, la technique est évolutive et compatible avec l'électronique standard et les processus CMOS.

Quel rôle voyez-vous pour le transport quantique alors que nous cherchons à construire un ordinateur quantique universel ?

JG : Je vois le transport quantique comme une pièce essentielle. Si vous voulez exercer toute la puissance de la technologie de l'information quantique, vous devez connecter tout ce qui est balistique :un système quantique qui est entièrement connecté de manière balistique (quantique) a un espace d'état de calcul exponentiellement plus grand que les systèmes connectés de manière classique.

De plus, comme indiqué ci-dessus, l'électronique est évolutive. De plus, la combinaison de nos structures de nanofils avec des supraconducteurs permet un calcul quantique protégé topologiquement, ce qui permet un calcul tolérant aux pannes. Ce sont des avantages majeurs par rapport aux autres techniques.

Cela peut-il être facilement fabriqué à l'aide des processus existants et quelle est la prochaine étape ?

JG : Il s'agit d'un avantage majeur de notre technique car nos appareils sont entièrement intégrés aux processus et technologies CMOS existants.

Quelle est la prochaine étape pour vos recherches ?

JG : Les prochaines étapes seront la fonctionnalisation des croix, au moyen d'attaches de pièces de calcul quantique électroniques. Nous allons commencer à construire des dispositifs hybrides supraconducteurs/nanofilaires pour le tressage de Majorana et attacher des points quantiques.

Ordinateur quantique universel nous voici.

---

Interconnexions balistiques unidimensionnelles à jonction croisée des nanofils InAs, Johannes Gooth, Mattias Borg, Heinz Schmid, Vanessa Schaller, Stephan Wirths, Kirsten E Moselund, Mathieu Luisier, Siegfried Karg et Heike Riel, Nano Letters, DOI : 10.1021/acs.nanolett.7b00400, Date de publication (Web) :23 mars 2017

Enregistrer