Les ordinateurs quantiques pourraient accroître considérablement les capacités des systèmes informatiques, ce qui entraînerait des changements majeurs dans le monde entier. Cependant, il reste encore un long chemin à parcourir avant qu’un tel dispositif puisse être réellement construit, car il n’a pas encore été possible de transposer de manière pratique les concepts moléculaires existants en technologies. Cela n’a pas empêché les chercheurs du monde entier de développer et d’optimiser de nouvelles idées pour des composants individuels. Des chimistes de l’Université Friedrich Schiller de Iéna (Allemagne) ont maintenant synthétisé une molécule qui peut remplir la fonction d’une unité informatique dans un ordinateur quantique. Ils rendent compte de leurs travaux dans le dernier numéro de la revue de recherche Chemical Communications.
Molécule à l’état de spin suffisamment durable
“Pour pouvoir utiliser une molécule comme qubit – l’unité d’information de base d’un ordinateur quantique – il faut qu’elle ait un état de spin à durée de vie suffisamment longue, qui puisse être manipulé de l’extérieur “, explique le professeur Winfried Plass de l’Université de Iéna. “Cela signifie que l’état résultant de l’interaction des spins des électrons de la molécule, c’est-à-dire l’état de spin, doit être suffisamment stable pour qu’on puisse entrer et lire des informations.” La molécule créée par Plass et son équipe répond précisément à cette condition.
Cette molécule est ce qu’on appelle un composé de coordination, contenant à la fois des parties organiques et métalliques. “Le matériau organique forme un cadre dans lequel les ions métalliques sont positionnés de manière très spécifique “, explique Benjamin Kintzel, qui a joué un rôle de premier plan dans la production de la molécule. “Dans notre cas, c’est un complexe de cuivre trinucléaire. Ce qu’il a de particulier, c’est qu’à l’intérieur de la molécule, les ions de cuivre forment un triangle équilatéral précis.” Ce n’est que de cette façon que les spins électroniques des trois noyaux de cuivre peuvent interagir si fortement que la molécule développe un état de spin, ce qui en fait un qubit qui peut être manipulé de l’extérieur.
“Même si nous savions déjà à quoi devrait ressembler notre molécule en théorie, cette synthèse représente néanmoins un défi de taille “, dit Kintzel. “En particulier, il est difficile d’obtenir le positionnement triangulaire équilatéral, car nous avons dû cristalliser la molécule afin de la caractériser avec précision. Et il est difficile de prédire comment une telle particule se comportera dans le cristal.” Cependant, grâce à l’utilisation de divers outils chimiques et procédures de mise au point, les chercheurs ont réussi à obtenir le résultat souhaité.
Informations d’adressage avec champs électriques
Selon les prédictions théoriques, la molécule créée à Iéna offre un avantage fondamental supplémentaire par rapport aux autres qubits. “Le plan de construction théorique de notre composé de cuivre prévoit que son état de rotation peut être contrôlé au niveau moléculaire à l’aide de champs électriques “, note M. Plass. “Jusqu’à présent, les champs magnétiques étaient principalement utilisés, mais avec eux, on ne peut pas se concentrer sur une seule molécule.” Un groupe de recherche d’Oxford, au Royaume-Uni, qui coopère avec les chimistes d’Iéna, mène actuellement diverses expériences pour étudier cette caractéristique de la molécule synthétisée à l’Université d’Iéna.
L’équipe de chimistes d’Iéna est convaincue que leur molécule remplit les conditions requises pour être utilisée comme qubit. Cependant, il est difficile de prévoir s’il aura réellement une utilisation future en tant qu’unité de calcul. En effet, on ne sait pas encore avec certitude comment les molécules seront réellement intégrées dans les ordinateurs quantiques. L’expertise chimique est également nécessaire pour y parvenir, et les experts d’Iéna sont prêts à relever le défi.
Source :
Friedrich-Schiller-Universitaet Jena
