Des scientifiques japonais génèrent les « premiers » qubits stables à température ambiante

Des scientifiques japonais génèrent les « premiers » qubits stables à température ambiante
Table
  1. La clé : un cristal MOF et un chromophore
  2. Implications pour l'informatique et la détection quantiques
  3. Utiliser le tour électronique
  4. La solution : le pentacène dans un MOF
  5. Une réalisation historique


Une équipe de chercheurs de la faculté d'ingénierie de l'université de Kyushu, dirigée par le professeur agrégé Nobuhiro Yanai, a brisé les barrières en atteignant la cohérence quantique à température ambiante. Leur étude révèle la capacité de maintenir un état quantique bien défini, insensible aux perturbations externes, ici même à la surface de la Terre.

Dans le cadre d'une percée scientifique passionnante, des chercheurs dirigés par le professeur agrégé Nobuhiro Yanai de la Faculté d'ingénierie de l'Université de Kyushu, en collaboration avec le professeur agrégé Kiyoshi Miyata de la même université et le professeur Yasuhiro Kobori de l'Université de Kobe, ont réalisé quelque chose d'extraordinaire : la cohérence quantique dans l'espace. température. Cela signifie qu’ils ont réussi à garantir qu’un système quantique conserve un état bien défini au fil du temps sans être affecté par des perturbations environnementales.

La clé : un cristal MOF et un chromophore

Cette avancée a été rendue possible en incorporant un chromophore, une molécule colorante qui absorbe la lumière et émet de la couleur, dans une structure métallo-organique (MOF), un matériau cristallin nanoporeux composé d'ions métalliques et de ligands organiques.

Implications pour l'informatique et la détection quantiques

Cette réalisation marque une étape cruciale pour les technologies d’informatique et de détection quantiques. L’informatique quantique se positionne comme la prochaine grande avancée de la technologie informatique, tandis que la détection quantique utilise les propriétés mécaniques quantiques des qubits (analogues quantiques des bits de l’informatique classique qui peuvent exister dans une superposition de 0 et de 1).

Utiliser le tour électronique

Plusieurs systèmes peuvent être utilisés pour mettre en œuvre des qubits, et l’une des approches consiste à utiliser le spin intrinsèque, une propriété quantique liée au moment magnétique d’une particule, un électron. Les électrons ont deux états de spin : haut et bas. Les qubits basés sur le spin peuvent exister dans une combinaison de ces états et peuvent « s’enchevêtrer », permettant de déduire l’état d’un qubit d’un autre.

Cependant, jusqu’à présent, il était difficile d’intricer quatre électrons et de les faire réagir à des molécules externes, c’est-à-dire de réaliser une détection quantique à l’aide d’un MOF nanoporeux.

Il est important de noter que les chromophores peuvent être utilisés pour exciter des électrons ayant les spins souhaités à température ambiante grâce à un processus appelé fission singulet. Cependant, à température ambiante, cela fait généralement perdre aux informations quantiques stockées dans les qubits leur superposition et leur intrication quantiques. Par conséquent, la cohérence quantique n’est généralement possible qu’à des températures extrêmement basses.

La solution : le pentacène dans un MOF

Pour supprimer le mouvement moléculaire et obtenir une cohérence quantique à température ambiante, les chercheurs ont introduit un chromophore à base de pentacène (un hydrocarbure aromatique polycyclique constitué de cinq cycles benzéniques fusionnés linéairement) dans un MOF de type UiO. « Le MOF dans ce travail est un système unique capable d’accumuler de manière dense des chromophores. De plus, les nanopores à l’intérieur du cristal permettent au chromophore de tourner, mais selon un angle très restreint », explique Yanai.

Une réalisation historique

La structure MOF a facilité un mouvement suffisant dans les unités pentacènes pour permettre aux électrons de passer d'un état triplet à un état quintette, tout en supprimant de manière adéquate le mouvement à température ambiante pour maintenir la cohérence quantique de l'état multiexciton quintette. En photodéclenchant les électrons avec des impulsions micro-ondes, les chercheurs ont pu observer la cohérence quantique de l’état pendant plus de 100 nanosecondes à température ambiante. «Il s'agit de la première cohérence quantique à température ambiante de quintettes intriqués«, s'exclame Kobori avec enthousiasme.

Bien que la cohérence n’ait été observée que pendant des nanosecondes, cette découverte ouvrira la voie à la conception de matériaux générant plusieurs qubits à température ambiante. «Il sera possible de générer plus efficacement des qubits d’états multiexcitons en quintette à l’avenir en recherchant des molécules invitées capables d’induire des mouvements plus contraints et de développer des structures MOF appropriées.«, spécule Yanai. «Cela pourrait ouvrir la porte à l’informatique quantique moléculaire à température ambiante, basée sur le contrôle de plusieurs portes quantiques et la détection quantique de divers composés cibles.«. L’avenir de l’informatique et de la détection quantiques s’annonce passionnant.

Via Génération de qubits stables à température ambiante | Résultats de la recherche | UNIVERSITÉ DE KYUSHU (kyushu-u.ac.jp)

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