Un cadre d’Osaka accélère la recherche de matériaux quantiques

La recherche du prochain matériau quantique utile peut s’enliser dans un ordinateur. À l’Université d’Osaka, des chercheurs ont mis au point un cadre compact de prédiction capable d’évaluer si un matériau possède des propriétés quantiques prometteuses sans recourir aux simulations complexes et chronophages habituellement utilisées pour cette tâche.

La cible est le centre coloré, un défaut dans un cristal qui absorbe certaines longueurs d’onde de la lumière et produit une couleur vive. Souvent associés à un ion manquant et à des électrons non appariés, ces défauts sont importants parce qu’ils peuvent préserver l’information quantique tout en émettant des photons individuels. Les chercheurs doivent déterminer si un centre émettra efficacement de la lumière ou s’il perdra de l’énergie sous forme de vibrations à l’intérieur du cristal, un calcul qui a ralenti les découvertes.

L’équipe d’Osaka a remplacé le calcul détaillé des pertes optiques dues aux processus non radiatifs par une approximation efficace intégrée à une formule théorique compacte. Les chercheurs indiquent que cette approximation reste en accord avec les méthodes conventionnelles. Lors de tests réalisés sur du carbure de silicium, elle a identifié plusieurs candidats prometteurs pour des qubits de spin et a également retrouvé des émetteurs déjà identifiés par les approches conventionnelles.

Ce résultat modifie le début de la recherche. Les chercheurs peuvent utiliser ce cadre pour évaluer davantage de centres colorés candidats avant de consacrer du temps aux calculs les plus lourds. Son indépendance vis-à-vis du matériau hôte pourrait également le rendre utile pour différents semi-conducteurs. L’équipe affirme qu’il couvre aussi des émetteurs allant de l’ultraviolet aux longueurs d’onde des télécommunications.

Et concrètement ? Il ne s’agit pas d’un capteur, d’un ordinateur ou d’un dispositif de communication quantique prêt à être utilisé. C’est une méthode de sélection au stade du laboratoire qui pourrait raccourcir l’une des étapes les plus lentes de la découverte des matériaux nécessaires à ces technologies. Les éléments disponibles à ce stade sont la démonstration informatique réalisée par l’équipe sur du carbure de silicium ; la valeur du cadre pour un ensemble plus large de matériaux doit encore être établie par des tests supplémentaires.