Faire interagir des qubits grâce aux chaînes de spins
Un qubit, brique fondamentale des technologies quantiques, est la superposition cohérente de 2 états quantiques. Parmi les nombreuses familles de qubits, le spin de l’électron est un très bon candidat et le phénomène de résonance magnétique permet de le manipuler à condition de le faire suffisamment rapidement pour ne pas perdre l’information. La méthode standard consiste à éloigner les spins électroniques les uns des autres en les dispersant dans un matériau non magnétique. La contrepartie de l’augmentation du temps de vie des qubits réside dans leur impossibilité de communiquer efficacement entre eux.
Afin de contourner ce problème, des chercheuses et chercheurs de l’IM2NP (CNRS / Aix-Marseille Université), de l’ISCR (CNRS / Université de Rennes 1), du LASIRE (CNRS – Université de Lille) et de l’ISM2 (CNRS / Aix-Marseille Université) ont utilisé un matériau à base de chaînes de spins permettant de faire communiquer 2 qubits de spins électroniques à travers la chaîne. Ce résultat est publié dans la revue Physical Review B
Les physiciens et les chimistes ont utilisé le (o-DMTTF)2Br, qui est un aimant organique possédant des spins S=1/2 en très forte interaction suivant une direction. S’il était parfait, ce matériau ne présenterait pas de propriétés de cohérence quantique remarquables. Cependant, en introduisant des défauts, la brisure de la symétrie va polariser de nombreux spins de la chaîne qui va générer un qubit de soliton, formé par des dizaines de spins en forte interaction. En observant des oscillations de Rabi, signature de la cohérence quantique, les scientifiques ont pu montrer l’interaction entre des qubits avec une probabilité d’existence de 50%, indépendante de la concentration des défauts.
Fig1 : Représentation artistique de 2 qubits de soliton à travers la chaîne. Chaque qubit de soliton (rouge ou bleu) est constitué par de nombreux spins de la chaîne et va utiliser cette même chaîne pour interagir avec le qubit de soliton voisin. © Sylvain Bertaina
Fig 2 : Fréquences des oscillations de Rabi observées dans (o-DMTTF)2Br. En fonction du champ magnétique appliqué, il est possible d’adresser un qubit de soliton isolé (nR=8MHz) ou des paires de solitons en interaction (nR=11MHz) © IM2NP, CNRS, APS
En savoir plus :
Electron-spin interaction in the spin-Peierls phase of the organic spin chain (o-DMTTF)2X (X =Cl, Br, I)
L. Soriano, O. Pilone, M. D. Kuz’min, H. Vezin, O. Jeannin , M. Fourmigé , M. Orio, and S. Bertaina Physical Review B (in press)
Contact chercheur :
Sylvain Bertaina, chargé de recherche CNRS, Tel : 04 13 94 53 23
