Élément d'information quantique à deux niveaux réalisé en confinant une charge (électron ou trou) ou un exciton dans un point quantique semi-conducteur de sorte que deux états de basse énergie définissent les niveaux logiques |0> et |1> du qubit.

Principe

Le confinement quantique engendre des niveaux d'énergie orbitaux et de spin discrets ; la manipulation et la lecture se font par gates électriques, couplage de tunnel ou impulsions optiques, tandis que la cohérence est limitée par le bruit de charge et de spin et le couplage aux phonons.

Démonstration

Un spin d'électron unique dans un point quantique défini lithographiquement en GaAs ou Si utilisé comme qubit : initialisation par tunnel sélectif en spin, contrôle cohérent par résonance de spin de l'électron ou par résonance de dipôle électrique, et entrelacement à deux qubits via l'interaction d'échange contrôlable entre points voisins.

Mauvaise application

Considérer un qubit à point quantique comme équivalent à un transmon supraconducteur ou supposer que le contrôle de charge suffit pour obtenir une longue cohérence ; ignorer les canaux de bruit spécifiques (par exemple, bruit de charge pour les encodages sensibles à la charge, couplage hyperfin pour les spins).

Conséquence

Permet des qubits compacts compatibles avec l'électronique semi-conductrice et l'intégration CMOS avec un potentiel de montée en densité ; compromis incluant la variabilité de fabrication, des temps de cohérence de charge courts pour les encodages de type charge et la nécessité d'un contrôle électrostatique précis.

Inversion

Inversé en bit classique ou en porteur non confiné, le système perd sa structure de niveaux quantifiés et la possibilité de superposition cohérente ; mettre l'accent sur des états orbitaux délocalisés plutôt que sur des états localisés supprime l'identité de qubit.

Limite

S'applique aux qubits formés par des états discrets de nanostructures semi-conductrices sous confinement fort ; exclut les centres de défaut volumique (sauf s'ils sont conçus comme points), les qubits supraconducteurs et les qubits topologiques. Nécessite une énergie de confinement supérieure au brouillage thermique et à la largeur de bande de lecture.

Tension sémantique

Tension entre le « qubit de spin » (cohérence plus longue, couplage plus faible) et le « qubit de charge » (portes rapides, bruit accru) ; aussi entre considérer le point comme un atome artificiel et l'envisager comme un dispositif solide dépendant de la fabrication.

Synthèse

Un qubit à point quantique est un dispositif quantique semi-conducteur à deux niveaux dont les états confinés discrets codent |0> et |1> ; il présente un compromis entre propriétés de cohérence liées au matériau/fabrication et avantages de compacité et d'intégration.