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Lecture d’un qubit de spin

Comme une petite fille sur une balançoire…


​Des chercheurs de l'Irig en collaboration avec le CEA-Leti et l'Institut Néel (Université Grenoble Alpes) viennent de démontrer une nouvelle méthode de lecture d'un bit quantique, compatible avec une intégration à grande échelle.

Publié le 18 décembre 2019

Le monde quantique échappe souvent à nos sens mais pour une fois, imaginons une enfant sur une balançoire. Tandis qu'elle se balance, elle change la position de ses pouces sur la corde, vers le haut ou vers le bas. Cela suffit à modifier imperceptiblement la durée (ou la fréquence) de ses balancements.

C'est l'image qui est venue à des physiciens pour expliquer leur nouvelle méthode de lecture d'un bit quantique (qubit), à savoir le spin d'un trou (lacune d'électron) dans un nanofil de silicium. Leur dispositif permet de déterminer l'orientation du spin (la direction des pouces de l'enfant, dans leur image) grâce à un résonateur électrique LC (la balançoire). 

Plus précisément, ils ont relié un résonateur LC (inductance, capacité) à un qubit de type CMOS, réalisé dans la plateforme de microélectronique du CEA-Leti. Ce qubit est un transistor à nanofil de silicium avec deux grilles de contrôle en série. À très basse température, chacune des grilles commande une « boîte quantique » capable de capturer un spin. La première boîte confine un spin de trou qui code pour le qubit et la deuxième, un spin qui sert à la lecture.

À l'aide d'une impulsion micro-onde, les physiciens renversent la direction du spin du qubit. Comme la direction du spin de lecture est inchangée, les deux spins pointent dans des directions opposées puis à l'impulsion micro-onde suivante, sont à nouveau alignés. Or ces deux configurations (spins parallèles et anti-parallèles) affectent de manière très légèrement différente la fréquence de résonance du circuit LC. Ainsi la mesure très précise de cette fréquence permet de suivre l'état du qubit.

Comme cette méthode de lecture ne requiert pas de détecteur inséré on-chip, elle pourrait s'appliquer à des dispositifs plus complexes, comportant de nombreuses boîtes quantiques.

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