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Le transistor est à la base des technologies de l’information, des super-ordinateurs prédisant la météo aux appareils portables donnant un accès quasi instantané au savoir de l’humanité. L’efficacité des transistors à traiter l’information réside dans leur agencement par millions en circuits intégrés, grâce à la technologie CMOS sur silicium (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), une classe de circuits intégrés. Employée par les grands manufacturierscomme que Intel, la technologie CMOS a amené notre société à l’ère de l’information.
L’information quantique, elle, cherche à exploiter les propriétés uniques du monde de l’infiniment petit pour la résolution de problèmes complexes, similaires à celui de chercher une aiguille dans une botte de foin. En théorie, un ordinateur quantique pourrait résoudre ces problèmes en quelques minutes, ce qui prendrait un temps équivalent à l’âge de l’univers pour un ordinateur classique aussi puissant soit-il.
Or, il se trouve que les verrous technologiques de l’ordinateur quantique se déverrouillent un par un, suite aux percées scientifiques dans la manipulation du spin dans le silicium. Le spin est une propriété intrinsèquement quantique des porteurs du courant électrique dans les transistors, les électrons, jusqu’à maintenant inexploitée. La présente invention facilite une deuxième révolution informatique utilisant la technologie CMOS en simplifiant le traitement de l'information dans un ordinateur quantique.
Notre invention permet d’exploiter les propriétés quantiques du spin des électrons, à l’intérieur de structures CMOS semblables aux transistors, le « qubit CMOS ». Les qubits de spin en points quantiques sont une plateforme prometteuse pour le traitement de l'information quantique. Notre invention permet de simplifier la mise en œuvre et le contrôle des qubits de spin de manière évolutive, en utilisant une technologie compatible CMOS, exploitant ainsi tout le potentiel de l'industrie des semi-conducteurs pour l'intégration et la fabrication à grande échelle. Notre invention représente la maille élémentaire à laquelle toutes les fonctionnalités requises pour le traitement quantique de l’information peuvent être intégrées. Comme pour les transistors, les structures peuvent être agencées en circuits intégrés afin de révéler le plein potentiel des ordinateurs quantiques.
Nous basons notre approche sur les qubits de spin plutôt que les qubits supraconducteurs. Dans notre cas, une structure de points quantiques ayant une géométrie à grille divisée (« split-gate ») est fournie. Le point quantique est configuré pour être incorporé dans une matrice de points quantiques d'une unité de traitement quantique. Les qubits possèdent un réservoir individuel, permettant leur initialisation à un électron et leur lecture pour un grand nombre de qubits. Un espace entre une grille d'accumulation de réservoir et une grille d'accumulation de point quantique constitue une barrière tunnel entre un réservoir de charge électrique et un puits de point quantique. Un potentiel électrique appliqué aux grilles définit la hauteur, la largeur et le taux de transfert de charge de la barrière tunnel entre le puits et le réservoir, sans recourir à une grille de barrière dédiée pour contrôler le taux de transfert de charge.
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Source de la photo : Julien Camirand Lemyre, Université de Sherbrooke.