Une Nouvelle Méthode de Mesure

Des chercheurs de l’Université de Kyoto ont mis au point une méthode innovante pour évaluer le temps de cohérence quantique des excitons moiré, ce qui pourrait révolutionner les qubits utilisés dans l’informatique quantique.

En combinant des techniques avancées de microfabrication et de gravure avec l’interférométrie de Michelson, l’équipe a observé une stabilité accrue de la cohérence quantique à des températures extrêmement basses, surpassant de manière significative les excitons traditionnels dans les semiconducteurs.

Les Fondements de la Technologie Quantique

Dans le domaine de la technologie quantique, les qubits représentent l’unité de base de l’information dans les ordinateurs quantiques. Leur fonctionnement dépend du temps de cohérence quantique, essentiel pour maintenir un état d’onde quantique.

Les scientifiques ont proposé que les excitons moiré, qui sont des paires électron-trou confinées dans des franges d’interférence moiré, pourraient servir de qubits dans les nano-semiconducteurs de prochaine génération.

Défis de Mesure des Excitons Moiré

Malgré leur potentiel, la mesure précise des excitons moiré a été entravée par des limites de diffraction, rendant difficile la concentration de la lumière nécessaire pour éviter les interférences optiques provenant de plusieurs excitons moiré.

Une Percée dans la Mesure de la Cohérence Quantique

Pour surmonter ces obstacles, les chercheurs de Kyoto ont développé une méthode permettant de réduire les excitons moiré afin de mesurer le temps de cohérence quantique et d’atteindre une fonctionnalité quantique. Ils ont observé des variations des signaux de photoluminescence des excitons moiré après le processus de fabrication.

« Nous avons combiné des techniques de microfabrication par faisceau d’électrons avec une gravure ionique réactive. En utilisant l’interférométrie de Michelson sur le signal d’émission d’un seul exciton moiré, nous avons pu mesurer directement son temps de cohérence quantique », explique Kazunari Matsuda de l’Institut d’Énergie Avancée de Kyoto.

Conséquences pour l’Informatique Quantique

Les résultats indiquent que la cohérence quantique d’un seul exciton moiré reste stable à -269 °C pendant plus de 12 picosecondes, soit dix fois plus longtemps que celle d’un exciton dans le matériau parent, un semiconducteur bidimensionnel. Les excitons moiré confinés dans les franges d’interférence empêchent la perte de cohérence quantique.

« Nous avons l’intention de poser les bases pour la prochaine phase d’expérimentations visant à faire progresser l’informatique quantique et d’autres technologies quantiques dans la prochaine génération de nano-semiconducteurs », ajoute Matsuda.

Référence : « Cohérence quantique et interférence d’un seul exciton moiré dans des hétérostructures de semiconducteurs monolayers tordus fabriquées en nano » par Haonan Wang, Heejun Kim, Duanfei Dong, Keisuke Shinokita, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi et Kazunari Matsuda, 8 juin 2024, Nature Communications. DOI : 10.1038/s41467-024-48623-4