Les physiciens quantiques de l’Université de Copenhague font état d’une réalisation internationale pour le Danemark dans le domaine de la technologie quantique. En faisant fonctionner simultanément plusieurs qubits de spin sur la même puce quantique, ils ont surmonté un obstacle clé sur la route du supercalculateur du futur. Le résultat est de bon augure pour l’utilisation de matériaux semi-conducteurs comme plate-forme pour les ordinateurs quantiques à semi-conducteurs.
L’un des problèmes d’ingénierie dans le marathon mondial vers un grand ordinateur quantique fonctionnel est le contrôle simultané de nombreux dispositifs de mémoire de foundation – les qubits. En effet, le contrôle d’un qubit est généralement affecté négativement par des impulsions de contrôle simultanées appliquées à un autre qubit. Maintenant, une paire de jeunes physiciens quantiques à l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague – doctorant, maintenant Postdoc, Federico Fedele, 29 ans et Asst. Prof. Anasua Chatterjee, 32,- travaillant dans le groupe d’Assoc. Le Pr Ferdinand Kuemmeth, ont réussi à surmonter cet impediment.
La recherche globale sur les qubits est basée sur diverses systems. Alors que Google et IBM ont parcouru un lengthy chemin avec les processeurs quantiques basés sur la technologie des supraconducteurs, le groupe de recherche de l’UCPH parie sur les qubits semi-conducteurs, connus sous le nom de qubits de spin.
« De manière générale, ils sont constitués de spins électroniques piégés dans des nanostructures semi-conductrices appelées points quantiques, de sorte que les états de spin individuels peuvent être contrôlés et intriqués les uns avec les autres », explique Federico Fedele.
Les qubits de spin ont l’avantage de maintenir leurs états quantiques pendant longtemps. Cela leur permet potentiellement d’effectuer des calculs moreover rapides et moreover parfaits que les autres forms de plates-formes. Et, ils sont si minuscules que beaucoup plus d’entre eux peuvent être compressés sur une puce qu’avec d’autres approches qubit. Furthermore il y a de qubits, plus la puissance de traitement d’un ordinateur est grande. L’équipe de l’UCPH a étendu l’état de l’art en fabriquant et en exploitant quatre qubits dans un réseau 2×2 sur une seule puce.
Les circuits sont « le nom du jeu »
Jusqu’à présent, la technologie quantique s’est surtout concentrée sur la output de qubits de mieux en mieux. Il s’agit maintenant de les faire communiquer entre eux, explique Anasua Chatterjee :
“Maintenant que nous avons de très bons qubits, le nom du jeu est de les connecter dans des circuits qui peuvent exploiter de nombreux qubits, tout en étant suffisamment complexes pour pouvoir corriger les erreurs de calcul quantique. Jusqu’à présent, la recherche sur les qubits de spin est arrivée à le level où les circuits contiennent des tableaux de qubits 2×2 ou 3×3. Le problème est que leurs qubits ne sont traités qu’un à la fois.”
C’est ici que le circuit quantique des jeunes physiciens quantiques, fabriqué à partir de la substance semi-conductrice arséniure de gallium et pas furthermore gros que la taille d’une bactérie, fait toute la différence :
« La chose nouvelle et vraiment importante à propos de notre puce est que nous pouvons simultanément exploiter et mesurer tous les qubits. Cela n’a jamais été démontré auparavant avec les qubits de spin – ni avec de nombreux autres sorts de qubits “, déclare Chatterjee, qui est l’un des deux principaux auteurs de l’étude, qui a récemment été publiée dans la revue Actual physical Evaluation X Quantum.
Pouvoir opérer et mesurer simultanément est essentiel pour effectuer des calculs quantiques. En effet, si vous devez mesurer des qubits à la fin d’un calcul – c’est-à-dire arrêter le système pour obtenir un résultat – les états quantiques fragiles s’effondrent. Ainsi, il est crucial que la mesure soit synchrone, de sorte que les états quantiques de tous les qubits soient arrêtés simultanément. Si les qubits sont mesurés un par un, le moindre bruit ambiant peut altérer l’information quantique d’un système.
Jalon
La réalisation du nouveau circuit est une étape importante sur la longue route vers un ordinateur quantique semi-conducteur.
“Pour obtenir des processeurs quantiques furthermore puissants, nous devons non seulement augmenter le nombre de qubits, mais aussi le nombre d’opérations simultanées, ce que nous avons fait exactement”, déclare le professeur Kuemmeth, qui a dirigé la recherche.
À l’heure actuelle, l’un des principaux défis est que les 48 électrodes de contrôle de la puce doivent être réglées manuellement et maintenues réglées en permanence malgré la dérive environnementale, ce qui est une tâche fastidieuse pour un humain. C’est pourquoi son équipe de recherche étudie maintenant comment les algorithmes d’optimisation et l’apprentissage automatique pourraient être utilisés pour automatiser le réglage. Pour permettre la fabrication de réseaux de qubits encore as well as grands, les chercheurs ont commencé à travailler avec des partenaires industriels pour fabriquer la prochaine génération de puces quantiques. Dans l’ensemble, les endeavours synergiques de l’informatique, de l’ingénierie microélectronique et de la physique quantique pourraient alors conduire les qubits de spin vers les prochaines étapes.
À propos de qubits
Le cerveau de l’ordinateur quantique que les scientifiques tentent de construire sera composé de nombreux tableaux de qubits, similaires aux bits des puces des smartphones. Ils constitueront la mémoire de la machine. La différence célèbre est que, alors qu’un bit ordinaire peut stocker des données dans l’état 1 ou, un qubit peut résider dans les deux états simultanément – connu sous le nom de superposition quantique – ce qui rend l’informatique quantique furthermore puissante de manière exponentielle.
À propos de la puce
Les quatre qubits de spin de la puce sont constitués d’arséniure de gallium, un matériau semi-conducteur. Entre les quatre qubits se trouve un stage quantique moreover grand qui relie les quatre qubits les uns aux autres, et que les chercheurs peuvent utiliser pour régler tous les qubits simultanément.