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Des ordinateurs quantiques dotés de nanotubes de carbone ?

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Diverses voies sont explorées pour tenter de s'affranchir le plus possible de la décohérence, afin de réaliser des ordinateurs quantiques puissants. L'une d'elles repose sur l'utilisation de systèmes mécaniques nanométriques que l'on fait vibrer ou osciller. Un groupe de physiciens de la Technische Universität München (TUM) vient ainsi de montrer que l'on pouvait utiliser des nanotubes de carbone.

Le prix Nobel de physique Richard Feynman s'est intéressé à la réalisation d'ordinateurs quantiques au début des années 1980. Il est considéré comme l’un des pionniers de ce domaine. © Tom Harvey

Le Human Brain Project se propose de simuler le fonctionnement d'un cerveau entier d'ici une bonne dizaine d'années. Mais si la clé des états conscients se trouve dans des processus quantiques au sein des neurones, comme le croit Roger Penrose, il faudrait compléter les ordinateurs classiques par des ordinateurs quantiques pour vraiment espérer percer les secrets de notre esprit.

Malheureusement, pour gagner en puissance, les ordinateurs quantiques doivent s'affranchir du phénomène de décohérence. Il faut en effet que de nombreux qubits intriqués soient protégés autant que possible des perturbations de l'environnement pour que l'on dispose du temps nécessaire pour effectuer un calcul quantique important.

Vue d’artiste d'une mémoire portant un qubit quantique. Un nanotube de carbone (en noir) peut vibrer sous l'action d'impulsions radio émises par les deux nanobarreaux en bleu. © M. J. Hartmann, TUM

Or, plusieurs dispositifs utilisés pour réaliser des ordinateurs quantiques élémentaires susceptibles d'ouvrir la voie à des supercalculateurs quantiques reposent sur l'utilisation de particules chargées. Ce qui les rend de facto particulièrement sensibles à des perturbations électromagnétiques diverses.

Des qubits dopés aux nanotubes

C'est pourquoi certaines équipes tentent de construire des ordinateurs quantiques avec des qubits stockés sous forme d'états d'oscillation ou de vibration de systèmes nanomécaniques neutres. Un groupe de physiciens de la Technische Universität München (TUM) en Allemagne vient de proposer la réalisation de dispositifs de ce genre avec des nanotubes dans l'article qu'ils ont déposé sur arxiv.

L'idée de base consiste à réaliser des nanorésonateurs mécaniques avec des nanotubes de carbone fixés à leurs deux extrémités. Il est possible d'exciter des modes de vibration quantiques de ces nanotubes avec des impulsions radio. On obtient alors des qubits que l'on peut intriquer avec des photons, et de l'information quantique que l'on peut écrire et lire avec un dispositif optoélectronique, selon les chercheurs.

Bien que le système considéré puisse rester en état de vibration pendant une seconde, il faut se rappeler qu'il s'agit ici d'estimations purement théoriques. Aucune réalisation de la mémoire quantique considérée, explorée analytiquement et numériquement par les chercheurs, n'a encore été concrétisée. Il faudrait de plus refroidir le système à de très basses températures : ce point au moins ne devrait pas être un problème insurmontable.

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