Contrôler le spin des électrons dans une boîte quantique permettrait aux chercheurs de mettre en œuvre des qubits de spins, unités d'information d'un futur ordinateur quantique. Mais pour cela, ils doivent connaître la forme de l'orbitale d'un électron dans une telle boîte. Et aujourd'hui pour la première fois, des chercheurs annoncent justement être parvenus à la déterminer.

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    Des chercheurs de l'université de Bâle (Suisse) ont mis au point une méthode qui permet de déterminer la géométrie des orbitales d'électrons confinés dans un atome artificiel. Une première qui pourrait ouvrir la voie au développement de futurs ordinateurs quantiques.

    Un atome artificiel, c'est une boîte quantique dans laquelle il est possible de confiner des électrons grâce à des champs électriques. Les électrons s'y comportent de la même manière que s'ils étaient liés à un atome. L'électron continue donc de se déplacer, mais dans un espace environ 1.000 fois plus grand qu'un atome classique. Et la théorie veut que les chercheurs puissent le localiser avec une certaine probabilité dépendante de sa fonction d’onde.

    Un électron est piégé dans une boîte quantique formée dans un gaz bidimensionnel, entre deux couches semi-conductrices. L’électron présente différentes probabilités de présence dans l’espace, correspondant à une fonction d’onde (ellipses rouges). En appliquant des champs électriques, la géométrie de cette fonction d’onde peut être modifiée. © Université de Bâle
    Un électron est piégé dans une boîte quantique formée dans un gaz bidimensionnel, entre deux couches semi-conductrices. L’électron présente différentes probabilités de présence dans l’espace, correspondant à une fonction d’onde (ellipses rouges). En appliquant des champs électriques, la géométrie de cette fonction d’onde peut être modifiée. © Université de Bâle

    Une question de répartition des charges

    Grâce à des mesures spectroscopiques, les physiciensphysiciens de l'université de Bâle ont pu déterminer les niveaux d'énergieénergie dans un tel atome artificiel. Ils ont étudié le comportement de ces niveaux d'énergie soumis à des champs magnétiqueschamps magnétiques d'intensités et d'orientations différentes. Et ils ont ainsi pu, sur la base de leur modèle théorique, déterminer la densité de probabilité de présence d'un électron - et donc sa fonction d'onde - avec une précision inférieure au nanomètrenanomètre.

    Comme la stabilité du spinspin d'un électron tout comme l'enchevêtrement des spins de plusieurs électrons dépendent, entre autres, de la forme des fonctions d'onde des électrons, les chercheurs devraient désormais pouvoir mieux comprendre les phénomènes en jeu. Ils devraient ainsi pouvoir mieux contrôler les spins des électrons. Ceux-là mêmes qui pourraient constituer les plus petites unités d'information d'un futur ordinateur quantique, les qubitsqubits de spins.