in

Des physiciens démontrent le transport d'électrons sur une puce quantique


Des tens of millions de bits quantiques sont nécessaires pour que les ordinateurs quantiques s’avèrent utiles dans des purposes pratiques. L’évolutivité est l’un des moreover grands défis dans le développement des futurs appareils. Un problème est que les qubits doivent être très proches les uns des autres sur la puce afin de les coupler ensemble. Des chercheurs du Forschungszentrum Jülich et de l’Université RWTH d’Aix-la-Chapelle ont maintenant fait un pas de in addition vers la résolution du problème. Ils ont réussi à transférer des électrons, porteurs d’informations quantiques, sur plusieurs micromètres sur une puce quantique. Leur “bus quantique” pourrait être l’élément clé pour maîtriser le saut vers des millions de qubits.

Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de dépasser largement les capacités des ordinateurs conventionnels pour certaines tâches. Mais il reste encore un extended chemin à parcourir avant qu’ils puissent aider à résoudre les problèmes du monde réel. De nombreuses apps nécessitent des processeurs quantiques avec des millions de bits quantiques. Les prototypes d’aujourd’hui proposent simplement quelques-unes de ces unités de calcul.

“Actuellement, chaque qubit individuel est connecté via plusieurs lignes de sign pour contrôler des unités de la taille d’une armoire. Cela fonctionne toujours pour quelques qubits. Mais cela n’a additionally de sens si vous voulez mettre des millions de qubits sur la puce. Parce que cela ‘ s nécessaire pour la correction des erreurs quantiques », explique le Dr Lars Schreiber de l’Institut JARA pour l’information quantique au Forschungszentrum Jülich et à l’Université RWTH d’Aix-la-Chapelle.

À un instant donné, le nombre de lignes de sign devient un goulot d’étranglement. Les lignes prennent trop de spot par rapport à la taille des minuscules qubits. Et une puce quantique ne peut pas avoir des thousands and thousands d’entrées et de sorties – une puce classique moderne n’en contient qu’environ 2000. Avec ses collègues du Forschungszentrum Jülich et de l’Université RWTH d’Aix-la-Chapelle, Schreiber mène des recherches depuis plusieurs années pour trouver une solution à ce problème.

Leur objectif général est d’intégrer des events de l’électronique de contrôle directement sur la puce. L’approche est basée sur ce que l’on appelle des qubits de spin semi-conducteurs constitués de silicium et de germanium. Ce form de qubit est relativement petit. Les processus de fabrication correspondent largement à ceux des processeurs au silicium conventionnels. Ceci est considéré comme avantageux lorsqu’il s’agit de réaliser de très nombreux qubits. Mais d’abord, certains obstacles fondamentaux doivent être surmontés.

“L’enchevêtrement naturel causé par la seule proximité des particules est limité à une très petite plage, approximativement 100 nanomètres. Pour coupler les qubits, ils doivent actuellement être placés très près les uns des autres. Il n’y a tout simplement pas d’espace pour des l’électronique de contrôle que nous aimerions y installer », déclare Schreiber.

Pour différencier les qubits, l’Institut JARA pour l’information quantique (IQI) a eu l’idée d’une navette quantique. Ce composant spécial devrait aider à échanger des informations quantiques entre les qubits sur de in addition grandes distances. Les chercheurs travaillent sur le « bus quantique » depuis cinq ans et ont déjà déposé moreover de 10 brevets. La recherche a débuté dans le cadre du consortium européen QuantERA Si-QuBus et se poursuit actuellement dans le cadre du projet national QUASAR du ministère fédéral de l’Éducation et de la Recherche (BMBF) en collaboration avec des partenaires industriels.

“Approximativement 10 micromètres doivent être pontés d’un qubit à l’autre. Selon la théorie, des thousands and thousands de qubits peuvent être réalisés avec une telle architecture. Nous avons récemment prédit cela en collaboration avec des ingénieurs de circuits de l’Institut central d’ingénierie, d’électronique et d’analyse de Forschungszentrum Jülich », explique le professeur Hendrik Bluhm, directeur de l’Institut IQI. Des chercheurs de TU Delft et d’Intel sont également arrivés à cette même summary.

Une étape importante vient d’être franchie par Lars Schreiber et son équipe. Ils ont réussi à transporter un électron 5000 fois sur une length de 560 nanomètres sans erreur significative. Cela correspond à une length de 2,8 millimètres. Les résultats ont été publiés dans la revue scientifique npj Quantum Facts.

Électrons “surfeurs”

Une amélioration essentielle : les électrons sont pilotés au moyen de quatre signaux de commande simples qui, contrairement aux approches précédentes, ne deviennent pas in addition complexes sur de as well as longues distances. Ceci est vital auto sinon une électronique de commande étendue serait nécessaire, ce qui prendrait trop de spot – ou ne pourrait pas être intégrée du tout sur la puce.

Cette réalisation repose sur une nouvelle façon de transporter les électrons. “Jusqu’à présent, les gens ont essayé d’orienter les électrons spécifiquement autour des perturbations individuelles sur leur chemin. Ou ils ont créé une série de soi-disant points quantiques et ont laissé les électrons sauter d’un de ces points à l’autre. Les deux approches nécessitent un ajustement précis du sign, ce qui se traduit par une électronique de commande trop complexe », explique Lars Schreiber. “En revanche, nous générons une onde de potentiel sur laquelle les électrons surfent simplement sur diverses sources d’interférences. Quelques signaux de commande suffisent pour une onde aussi uniforme quatre impulsions sinusoïdales suffisent.”

Dans une prochaine étape, les physiciens veulent maintenant montrer que l’information qubit codée dans le spin de l’électron n’est pas perdue pendant le transportation. Des calculs théoriques ont déjà montré que cela est possible dans le silicium dans certaines gammes de vitesse. Le bus quantique ouvre ainsi la voie à une architecture d’ordinateur quantique évolutive pouvant également servir de base à plusieurs millions de qubits.