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Un jour, peut-être, les ordinateurs quantiques s’attaqueront à des problèmes que nos machines actuelles ne peuvent pas résoudre. Parmi les candidats sérieux pour y parvenir, on trouve les qubits de spin dans le silicium : des électrons piégés dans un transistor en silicium, dont l’aimantation porte l’information quantique. Ces électrons sont confinés dans des « boîtes quantiques » en silicium, des structures nanométriques similaires à des transistors, fabriquées à l’aide des outils de production de la microélectronique.

Mais lorsque l’on essaie d’assembler un grand nombre de ces boîtes, deux problèmes majeurs apparaissent :

1.     Les électrons disposent d’un trop grand nombre de façons différentes d’occuper ces boîtes.
2.     Les capteurs permettant de lire l’état de chaque électron sont trop volumineux et trop lents.

Les chercheurs du CNRS, du CEA et de la start-up Quobly ont développé, dans cette étude, une nouvelle approche :

• Isoler le réseau du monde extérieur : ainsi, les électrons ont moins de possibilités d’entrer et de sortir, ce qui facilite leur contrôle.
• Mesurer sans capteurs encombrants : ils utilisent la réflexion d’un signal micro-onde sur les boîtes, une technique qui détecte les déplacements d’électrons en observant de très faibles changements de phase du signal.
• Sonder tout le réseau d’un coup : grâce au multiplexage, plusieurs circuits de mesure peuvent être combinés sur une seule puce.

Résultat : ils ont réussi à maîtriser un réseau de quatre boîtes quantiques, chacune contenant exactement un électron. De plus, l’information portée par chaque électron peut être extraite en une seule mesure.

En résumé : cette méthode pourrait ouvrir la voie à la fabrication de réseaux de qubits plus vastes, qui formeront peut-être la base de futurs ordinateurs quantiques, tout en restant compatibles avec les procédés industriels de la microélectronique.

Pierre Hamonic, Martin Nurizzo, Jayshankar Nath, Matthieu C. Dartiailh, Victor Elhomsy, Mathis Fragnol, Biel Martinez, Pierre-Louis Julliard, Bruna Cardoso Paz, Mathilde Ouvrier-Buffet, Jean-Baptiste Filippini, Benoit Bertrand, Heimanu Niebojewski, Christopher Bäuerle, Maud Vinet, Franck Balestro, Tristan Meunier & Matias Urdampilleta

Nature Communications volume 16, Article number: 6323 (2025)

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Vue d’artiste d’un réseau de quatre boîtes quantiques en interaction.
Le signal microonde représenté par l’onde rouge interroge la présence et le spin des électrons
piégés sous les électrodes. (crédit : © Maxime Diard)