Patrick Harvey-Collard contribue à une publication dans Nature

La publication d’un article dans une des revues Nature est une source de fierté et représente une belle carte de visite pour un chercheur en sciences et en génie. C’est d’autant plus vrai quand le chercheur est encore étudiant au doctorat.

C’est ce qu’a réussi, il y a quelques jours, Patrick Harvey-Collard, étudiant au doctorat en physique à l’Université de Sherbrooke et membre de l’Institut quantique. En effet, l’étude pour laquelle il est le premier auteur Coherent coupling between a quantum dot and a donor in silicon a été rendue publique sur le site Internet de Nature.

Que pense de ce travail le P^r Michel Pioro-Ladrière, également signataire de la publication et directeur de thèse ? « Patrick a réalisé tout un tour de force. Sans son ingéniosité exceptionnelle, cette expérience n’aurait jamais été possible. »

Intégrer deux approches pour trouver une troisième voie

Patrick nous résume sa recherche : « Je concentre mes efforts à élaborer un qubit à base de silicium, le même matériau qui est utilisé dans nos ordinateurs personnels. Le procédé de fabrication auquel je m’intéresse n’a jusqu’à maintenant aucun égal dans le monde. Nous contrôlons des électrons un à un. Notre qubit pourrait permettre, à long terme, de créer un ordinateur quantique basé sur un réseau d’atomes. Le tout s’intègre parfaitement avec la technologie des ordinateurs modernes, et pourrait même influencer le design des transistors du futur. » explique le jeune chercheur.

Comment les chercheurs en sont-ils arrivés là ? Deux approches sont privilégiées pour tenter de faire un qubit à partir de silicium, soit le spin d’un électron ou le spin nucléaire.  La première approche nécessite de piéger un électron entre le silicium et l’isolant de la grille du transistor, ce qui est également connu sous le nom de boîte quantique.  Bien que la technique de fabrication soit maîtrisée, le qubit qui en est issu n’est pas optimal. La seconde méthode est celle dite du défaut atomique dans la matrice du silicium. Cette méthode produit des qubits de meilleure qualité, quoique la conception du qubit est plus difficile à réaliser. Les auteurs de l’étude ont donc décidé de combiner les deux techniques, pour mettre au point une nouvelle forme de qubit.

« Ce que nous avons réussi à démontrer avec ce qubit hybride, c’est qu’il peut y avoir une action cohérente entre les deux méthodes. »

Le P^r Pioro-Ladrière renchérit : « Les qubits semi-conducteurs sont parmi les meilleurs candidats vers la réalisation de l’ordinateur quantique. Les résultats obtenus par Patrick démontrent une nouvelle génération de qubits semi-conducteurs combinant le meilleur aspect des boîtes quantiques et des défauts atomiques. »

Un partenariat fructueux

Patrick effectue sa recherche au Sandia National Laboratories à Albuquerque au Nouveau-Mexique en collaborant avec Malcolm S. Carroll, responsable des qubits en silicium et cosignataire de la publication.

Comme le rappelle le P^r Pioro-Ladrière, directeur adjoint de l’IQ, le partenariat entre les deux institutions revêt une grande importance : « Ce travail démontre la force de la collaboration en recherche. D’une part, il est vraiment formidable de pouvoir compter sur le Sandia National Laboratories pour la fabrication des qubits semi-conducteurs étudiés à l’Institut quantique. D’autre part, le Sandia National Laboratories bénéficie de la concentration d’expertise exceptionnelle de l’Institut quantique, ainsi que d’étudiantes et étudiants de très haut calibre comme Patrick.»

Et le Nouveau-Mexique ?

Grand amateur de plein air, Patrick Harvey-Collard se retrouve vraiment dans son élément à Albuquerque, au pied des monts Sandia. « Malgré le climat désertique, le paysage offre des reliefs extraordinaires, nous sommes entourés de montagnes et de canyons.»

Patrick souhaite contribuer à développer d’autres formes de qubits, cet article lui servira certes de clé pour ouvrir des portes vers d’autres découvertes emballantes.