Membres
Jean-Louis Cantin, Benoît Eble, Sophie Hameau, Florent Margaillan, Jurgen von Bardeleben
Le traitement quantique de l’information repose sur la superposition et l’intrication d’états d’un quantum bit ou qubit.
Il a été montré récemment que Certains défauts ponctuels dans les solides peuvent constituer de tels qubits. En effet, En raison de la réorganisation du cortège électronique dans leur environnement, ces défauts possèdent en général un moment magnétique électronique (spin) non nul. Ce spin est quantifié et Son état peut être manipulé optiquement par exemple. Ceci a déjà été réalisé avec succès dans le cas particulier d’un défaut du diamant appelé centre NV. Ce défaut possède un spin S=1 qui peut être manipulé au moyen d’impulsions micro-ondes et lu optiquement car il présente une luminescence parfaitement stable à température ambiante et constitue donc une source pratique de photon unique pour les applications de cryptographie quantique par exemple.
A l’INSP, nous avons sommes parvenus à identifier identifié un défaut similaire dans le carbure de silicium (SiC), un semiconducteur qui, au contraire du diamant, est maitrisé par l’industrie microélectronique et mature pour les applications envisagées. Ce défaut est également nommé ‘centre NV’ car il est composé d’une lacune de silicium (Vacancy en anglais) associée à un atome d’azote (l’azote étant un dopant du SiC). Autre avantage décisif, le SiC cristallise dans différentes structures au sein desquelles le centre NV adopte plusieurs configurations, toutes spectralement distinctes. Il devient donc possible d’adresser sélectivement un sous ensemble de qubits au sein d’un même cristal. Nous avons pu déterminer par résonance paramagnétique électronique (RPE) sous excitation optique les propriétés magnéto-optique de chacune des configurations dans plusieurs polytypes de SiC et les résultats expérimentaux ont été confrontés à des calculs théoriques réalisés en collaboration avec l’université de Paderborn (Allemagne) afin d’établir la structure atomistique, Des études avancées des propriétés optiques de ces défauts sont actuellement en cours à l’INSP, en particulier des expériences de photo-luminescence dans l’infra-rouge 1µm-1,5µm (bande Telecom). L’objectif à court terme est la détection optique de la résonance magnétique (ODMR) qui permettra de valider la pertinence d’autres défauts du SiC à des fins d’applications en traitement quantique de l’information.
Figure 1 : En rouge : représentation de la densité de spin électronique (électron paramagnétique) autour du centre NV dans le 4H-SiC (vue selon l’axe c ([0001]) du cristal).
