​Les qubits, systèmes quantiques à deux états, sont les porteurs de l'information quantique. Les technologies quantiques photoniques utilisent des particules qui se propagent – des "qubits volants" – qui présentent l'avantage de pouvoir partager simultanément une même infrastructure physique. Toutefois, la propagation des photons à la vitesse de la lumière empêche les manipulations dynamiques en cours de propagation, et leur faible interaction nécessite des méthodes complexes pour réaliser leur intrication. Une alternative prometteuse émerge avec les qubits volants électroniques, que l'on peut générer par des excitations de charge unique. De plus, contrairement aux photons, les électrons interagissent via l'interaction de Coulomb, ce qui permet la réalisation de portes logiques à deux qubits.

Une collaboration internationale menée par une équipe du SPEC est parvenue pour la première fois à réaliser une interférence à deux électrons (i.e. interférences entre deux excitations de paires électron-trou), en réalisant la superposition cohérente de deux fonctions d'onde électroniques dans un interféromètre de type Mach-Zehnder en graphène. Le cœur du circuit est constitué d'électrodes sur un feuillet de graphène, sur lequel est appliqué un champ magnétique externe intense (9T) ouvrant, par effet hall quantique, des canaux de conduction en périphérie définissant les bras de l'interféromètre.

Les interférences entre ondes électroniques, générés à la demande par des impulsions de tension, permettent d'explorer leur cohérence et leur nature statistique : en accord avec l'effet Hong-Ou-Mandel - HOM, deux fermions indiscernables, comme les électrons, doivent nécessairement se séparer pour passer chacun par un des chemins de l'interféromètre. Un minimum de signal en sortie de l'interféromètre est bien observé lorsque leur arrivée sur chacune des entrées du séparateur de faisceau est simultanée. Cet état d'interférence est caractéristique de ce type de statistique quantique.

Le bruit de grenaille mesuré en sortie du dispositif en fonction du décalage temporel entre les impulsions montre également des interférences liées à l'effet Aharonov-Bohn, qui traduit l'influence du flux magnétique traversant chaque boucle de conduction. Ces interférences révèlent les signatures fondamentales de la collision entre deux électrons. Le contraste mesuré de l'ordre de 60 % permet une tomographie complète de l'état quantique.

Ces résultats fondamentaux publiés dans la revue Science, ouvrent la voie à la réalisation de dispositifs portés par des feuillets de graphène, permettant des opérations cohérentes sur des qubits volants.