Puce Quantique Innovante Surmonte un Obstacle Majeur dans le Domaine

Les physiciens quantiques de l’Université de Copenhague ont fait un grand pas en avant dans le domaine de la technologie quantique, surmontant un obstacle majeur. L’équipe a opéré simultanément plusieurs qubits à spin sur la même puce quantique, ce qui contribuera à la création de supercalculateurs.

L’un des principaux obstacles à la réalisation d’un grand ordinateur quantique fonctionnel est le contrôle des nombreux dispositifs de mémoire de base, ou qubits, simultanément. Lorsqu’un qubit est contrôlé, il y a généralement un effet négatif dû aux impulsions de contrôle simultanées appliquées à un autre.

L’équipe qui a surmonté ce défi comprenait une paire de physiciens quantiques de l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague – l’étudiant en doctorat et le postdoctorant Frederico Fedele, et le professeur adjoint Anasua Chatterjee. Les deux travaillaient dans le groupe du professeur agrégé Ferdinand Kuemmeth.

L’étude a été publiée dans la revue Physical Review X Quantum.

Nouvelle Approche avec des Qubits à Spin

Alors que des entreprises comme Google (GOOGL ) et IBM se sont concentrées sur la technologie des supraconducteurs pour les processeurs quantiques, le groupe de recherche examine davantage les qubits à base de semi-conducteurs, ou qubits à spin.

“En termes généraux, ils se composent de spins électroniques piégés dans des nanostructures semi-conductrices appelées points quantiques, de telle sorte que les états de spin individuels puissent être contrôlés et intriqués les uns avec les autres”, déclare Fedele.

Les qubits à spin peuvent maintenir leurs états quantiques pendant une longue période, ce qui leur permet potentiellement de réaliser des calculs plus rapides et plus précis que les autres types de plateformes. En raison de leur taille minuscule, il est possible d’en mettre beaucoup plus sur une puce par rapport aux autres approches de qubits. C’est important étant donné le fait que plus de qubits entraîne une plus grande puissance de calcul.

L’équipe de recherche a pu fabriquer et opérer quatre qubits dans un réseau 2×2 sur une seule puce.

Faire Communiquer les Qubits

Selon Anasua Chatterjee, l’un des objectifs les plus importants est de faire communiquer les qubits les uns avec les autres.

“Maintenant que nous avons des qubits assez bons, le but est de les connecter en circuits qui puissent opérer de nombreux qubits, tout en étant suffisamment complexes pour être en mesure de corriger les erreurs de calcul quantique”, déclare Chatterjee. “Jusqu’à présent, la recherche sur les qubits à spin a abouti à des circuits contenant des réseaux de 2×2 ou 3×3 qubits. Le problème est que leurs qubits ne sont traités qu’un à la fois.”

Le circuit quantique développé par l’équipe est fabriqué à partir de la substance semi-conductrice arseniure de gallium, et il n’est pas plus grand que la taille d’une bactérie.

Chatterjee est l’un des deux auteurs principaux de l’étude.

“La nouvelle chose vraiment significative à propos de notre puce est que nous pouvons opérer et mesurer simultanément tous les qubits. Cela n’a jamais été démontré auparavant avec des qubits à spin — ni avec de nombreux autres types de qubits”, déclare Chatterjee.

Pour effectuer des calculs quantiques, il est important d’opérer et de mesurer simultanément. Les qubits sont très sensibles, et lorsqu’ils sont mesurés un à un, même un petit bruit ambiant peut modifier l’information quantique dans un système.

“Pour obtenir des processeurs quantiques plus puissants, nous devons non seulement augmenter le nombre de qubits, mais aussi le nombre d’opérations simultanées, ce que nous avons fait”, déclare le professeur Kuemmeth.

Un autre défi majeur est que les 48 électrodes de contrôle de la puce doivent être réglées manuellement, et elles doivent être continuellement maintenues réglées. C’est une tâche fastidieuse pour les humains, donc l’équipe cherche maintenant un moyen d’utiliser des algorithmes d’optimisation et l’apprentissage automatique pour automatiser le processus.