De nouvelles recherches montrent que des fissures microscopiques dans un matériau d’à peine quelques atomes d’épaisseur ont le potentiel de faire progresser une multitude de technologies quantiques – nous rapprochant ainsi de l’utilisation généralisée des réseaux et des capteurs quantiques.
À l’heure actuelle, le stockage des données quantiques dans les propriétés de spin des électrons, connu sous le nom de cohérence de spin, nécessite une configuration de laboratoire très particulière et délicate. Ce n’est pas quelque chose que vous pouvez faire sans un environnement soigneusement contrôlé.
Ici, une équipe internationale de chercheurs a réussi à démontrer une cohérence de spin observable à température ambiante, en utilisant les minuscules défauts d’un matériau 2D en couches appelé Nitrure de bore hexagonal (hBN).
“Les résultats montrent qu’une fois que nous écrivons un certain état quantique sur le spin de ces électrons, cette information est stockée pendant environ un millionième de seconde, faisant de ce système une plateforme très prometteuse pour les applications quantiques.” dit le physicien Carmem Gilardoni de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni.
“Cela peut paraître court, mais ce qui est intéressant est que ce système ne nécessite pas de conditions particulières : il peut stocker l’état quantique de spin même à température ambiante et sans nécessiter de gros aimants.”
Les couches de hBN restent liées ensemble grâce aux forces moléculaires intégrées au matériau lui-même, mais des défauts peuvent apparaître lorsque le matériau est synthétisé ou traité. Cela donne de minuscules endroits où les électrons peuvent être piégés.
Non seulement les chercheurs ont pu piéger et observer les électrons dans les défauts du hBN, mais ils ont également pu les manipuler à l’aide de la lumière. Il s’agit d’une première pour des expériences de ce type à des températures ambiantes normales.
Sur la base des mesures prises par l’équipe, l’utilisation du hBN s’avère prometteuse en tant que stockage quantique stable – même si les états quantiques ne peuvent être stockés que pendant une petite fraction de seconde pour le moment, tout porte à croire qu’il pourrait éventuellement être étendu.
“Travailler avec ce système nous a mis en évidence la puissance de l’investigation fondamentale de nouveaux matériaux”, dit Hannah Stern, physicienne de l’Université de Manchester au Royaume-Uni.
“En ce qui concerne le système hBN, en tant que domaine, nous pouvons exploiter la dynamique des états excités dans d’autres nouvelles plates-formes matérielles pour les utiliser dans les futures technologies quantiques.”
Maintenir la stabilité des états quantiques – et des informations quantiques – et les protéger des interférences constitue un défi permanent pour les scientifiques, qui recherchent continuellement de nouveaux matériaux et de nouvelles techniques pour améliorer la stabilité.
L’équipe étudie actuellement les moyens d’augmenter la durée de stockage de la rotation au-delà d’un millionième de seconde, d’améliorer la fiabilité des défauts et la qualité de la lumière émise par ceux-ci.
À mesure que des progrès seront réalisés, lentement mais sûrement, nous serons en mesure de développer des capteurs quantiques plus avancés – capables de surveiller les changements infimes dans l’Univers – et des réseaux quantiques pour une transmission d’informations ultra-rapide et ultra-sécurisée.
“Chaque nouveau système prometteur élargira la boîte à outils des matériaux disponibles, et chaque nouvelle étape dans cette direction fera progresser la mise en œuvre évolutive des technologies quantiques”, dit Arrière.
La recherche a été publiée dans Matériaux naturels.
2024-05-28 02:01:19
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