Du nickel moléculaire dans les futurs ordinateurs quantiques ?

Publié par Adrien le 23/03/2021 à 09:00
Source: CNRS INC
Par rapport à un bit classique, objet élémentaire de mémoire d'ordinateur qui peut présenter deux états, 0 ou 1, un bit quantique peut se trouver en même temps dans les états 0 et 1. Mais cette "superposition" d'états, utilisée par exemple pour sécuriser les communications, est rapidement détruite par le "bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son....) magnétique" généré par les noyaux des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...), freinant ainsi leur utilisation. Concevoir des molécules simples capables de générer des bits quantiques protégés contre le bruit magnétique ?

Défi relevé par une équipe de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) moléculaire et des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) d'Orsay (CNRS/Université de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) Saclay)* qui viennent de synthétiser une nouvelle molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) à base d'ions nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) (Ni) spécialement conçue pour être insensible au bruit magnétique, molécule qui pourraient ainsi entrer dans les processeurs quantiques moléculaires des ordinateurs de demain. Résultats à retrouver dans la revue Chemical Science.


© Talal Mallah

Un bit classique est un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) élémentaire (atome, molécule, cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que...)...) qui peut se trouver dans deux états, 0 ou 1, états utilisés pour stocker l'information dans la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir...) de nos ordinateurs. Un bit quantique est un objet similaire, mais qui peut être en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) dans les états 0 et 1, état appelé "superposition". L'utilisation de superpositions de bits quantiques permet par exemple de résoudre des problèmes complexes liés à la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) sécurisée ou à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) d'informations dans de très grandes bases de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...).

Cependant, ces superpositions sont fragiles et peuvent être facilement détruites par un processus appelé "processus de décohérence quantique (La décohérence quantique est un phénomène physique susceptible d'expliquer la...)". Par exemple, le bruit magnétique intrinsèque, généré par les noyaux des atomes ou par les défauts présents dans la structure cristalline du matériau, détruit les bits quantiques dont le phénomène de superposition repose sur l'utilisation des spins électroniques particulièrement sensibles au champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...). Pour parer à ce problème, des solutions existent mais elles impliquent d'augmenter le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de qubits qui codent chaque unité d'information, ce qui va à l'encontre de la miniaturisation des systèmes de stockage recherchée. La conception de systèmes à la fois simples et insensibles au bruit magnétique reste un défi !

Défi relevé par des équipes de l'Institut de chimie moléculaire et des matériaux d'Orsay, du CSIC espagnol (Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón), du Laboratoire national des champs magnétiques intenses de Grenoble et du Laboratoire de chimie et physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) quantiques de Toulouse.

Grâce à la conception chimique des molécules organiques appropriées, qui les entourent, les scientifiques sont parvenus à rendre les ions Ni(II) insensibles au bruit magnétique dans des systèmes moléculaires présentant cette superposition d'états,.

La possibilité de protéger ces qubits moléculaires de la décohérence quantique en modulant l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) chimique de l'ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais,...) Ni(II) (géométrie de l'ion et structure électronique des molécules qui l'entourent) permet d'envisager maintenant leur utilisation dans des processeurs quantiques à l'échelle moléculaire. Reste à assembler ces unités moléculaires de stockage afin de mettre en oeuvre des portes quantiques utilisables dans des ordinateurs.

* En collaboration avec le CSIC espagnol (Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón), le Laboratoire national des champs magnétiques intenses (CNRS/Université de Grenoble) et le Laboratoire de chimie et physique quantiques (CNRS/Université Paul Sabatier).

Référence:
Marcos Rubín-Osanz, François Lambert, Feng Shao, Eric Rivière (En hydrographie, une rivière est un cours d'eau qui s'écoule sous l'effet de la...), Régis Guillot, Nicolas Suaud, Nathalie Guihéry, David Zueco, Anne Laure Barra, Talal Mallah & Fernando Luis.
Chemical tuning (Le terme tuning se rapporte à la personnalisation d'un véhicule routier (automobile,...) of spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) clock transitions in molecular monomers based on nuclear spin-free Ni(II)
Chemical Science (2021)
DOI: 10.1039/d0sc05856d
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