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Udson Cabral Mendes, contribue à une publication dans Nature
Plusieurs chercheurs dans le domaine des sciences et de la technologie quantique sont motivés par la perspective d’apporter une contribution substantielle au développement des ordinateurs quantiques. Partageant cette motivation, Udson Cabral Mendes, stagiaire postdoctoral à l’Institut quantique (IQ), étudie comment les bits quantiques et les photons peuvent interagir fortement dans une puce quantique.
Les qubits de spin deviennent de plus en plus une approche à considérer dans la conception des ordinateurs quantiques. En effet, leur longue durée de cohérence et leur petite taille en font un outil intéressant pour le calcul quantique à l’état solide. Cependant, la connexion de différents qubits de spin à l’intérieur d’une puce reste un défi majeur. Un premier pas vers la résolution de ce problème a été signalé dans les publications Science et Nature, dont Udson est co-auteur.
Dans le cadre d’une collaboration internationale, Udson et le PrAlexandre Blais ont combiné leur expertise théorique avec des équipes expérimentales de QuTech et d’ETH-Zurich pour démontrer, dans des expériences de preuve de concept, comment transférer l’information codée dans un qubit de spin à un photon micro-ondes dans un résonateur supraconducteur. « Alors que l’idée derrière les papiers de Science et de Nature est la même, la physique du couplage photon-spin quantique, les dispositifs et le matériel utilisé dans ces expériences sont très différents” explique Udson.
Science : Fort couplage spin-photon dans le silicium
Dans l’expérience réalisée par le groupe QuTech dirigé par le Pr Lieven Vandersypen, le qubit de spin est formé dans un matériau en silicium en confinant un spin électronique unique dans deux boîtes quantiques – également connues sous le nom de points quantiques doubles. Grâce à une astuce utilisant des champs magnétiques proposés par le Pr Michel Pioro-Ladrière de l’IQ et son équipe, les chercheurs ont pu coupler la rotation des électrons au champ électrique du photon.
Nature : Couplage cohérent spin-photon utilisant un qubit d’échange résonant.
Quant à l’expérience menée avec la participation de ETH-Zurich et les PrsAndreas Wallraff, Klaus Ensslin et Thomas Ihn, le qubit de spin est constitué d’arséniure de gallium, dans lequel trois spins électroniques sont piégés dans trois boîtes quantiques formant un qubit d’échange dit résonant. Dans ce dispositif, le couplage entre le photon et le qubit de spin est le résultat d’un processus de conversion spin-to-charge médié par l’interaction d’échange.
“Dans les futurs ordinateurs quantiques, les photons micro-ondes pourraient être utilisés pour transmettre de l’information quantique entre les qubits de spin séparés par un centimètre où même plus dans une puce complexe”, ajoute le Pr Blais.
Udson poursuivra ses études postdoctorales à l’IQ jusqu’en 2019, où il aura d’autres occasions passionnantes de contribuer au développement des technologies quantiques.