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Concept
Ordinateur quantique de Kane
Résumé
L'architecture de Kane pour la réalisation de l'ordinateur quantique est une proposition théorique suggérant l'utilisation des spins nucléaires d'atomes donneurs uniques de P dans un cristal de silicium isotopiquement pur (Si) comme composants de base (qubits).
L'architecture de Kane a été proposée par B. E. Kane en 1997. Le premier pas vers la réalisation de l'architecture fut la démonstration du positionnement d'un dopant unique de phosphore avec une précision d'un site atomique par lithographie à l'hydrogène assistée par STM en 2011. Une autre étape importante fut la démonstration du contrôle quantique complet du spin d'un électron piégé par l'atome de phosphore et du spin du noyau en 2012. L'intégration de tous les composants nécessaires à un processeur quantique pleinement fonctionnel pose encore un grand défi technologique en 2013.
L'architecture consiste en un réseau bi-dimensionnel de dopants de P dans un cristal hôte de Si séparés par une distance d'environ 10 à et enfoui à la même profondeur sous une interface silicium-oxyde de silicium (SiO).vignette|600px|Schéma de l'architecture de Kane de l'ordinateur quantique.
Chaque atome de phosphore possède une grille (ou électrode) de contrôle (grille A) au-dessus et une grille d'échange (grille J) est située entre deux grilles A. Le système est opéré à basse température (~) et sous champ magnétique (~).
L'information quantique est représentée par l'état propre des spins nucléaires. Le spin du noyau atomique de P forme un système à deux niveaux (qubit) avec un temps de cohérence potentiellement très élevé (de l'ordre de la centaine de secondes). Un électron piégé sur l'atome de phosphore est utilisé pour contrôler la fréquence de résonance du noyau.
La mesure du qubit est réalisée en transférant l'état quantique du noyau au spin de l'électron, puis en mesurant la capacité entre deux grilles. L'électron possède aussi un bon temps de cohérence (de l'ordre de 2 secondes).
Les portes logiques à un qubit sont réalisées en utilisant l'électron, contrôlé par la grille A, pour amener le spin du noyau en résonance avec un champ magnétique alternatif.
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