Qubits Unleashed : le « commutateur à bascule » du NIST et l'avenir de l'informatique quantique

Par Institut national des normes et de la technologie (NIST), 17 août 2023

Les scientifiques du NIST ont introduit un dispositif « interrupteur à bascule » pour les ordinateurs quantiques qui ajuste les connexions entre les qubits et un résonateur de lecture. L'appareil relève des défis tels que le bruit et les limitations de reprogrammation, ouvrant la voie à une informatique quantique plus flexible et plus précise.

Le nouveau dispositif pourrait conduire à des processeurs quantiques plus polyvalents avec des sorties plus claires.

À quoi sert un ordinateur puissant si vous ne pouvez pas lire ses résultats ? Ou le reprogrammer facilement pour effectuer différentes tâches ? Les personnes qui conçoivent des ordinateurs quantiques sont confrontées à ces défis, et un nouveau dispositif pourrait les rendre plus faciles à résoudre.

Présenté par une équipe de scientifiques de l'Institut national des normes et technologies (NIST), le dispositif comprend deux bits quantiques supraconducteurs, ou qubits, qui sont l'analogue d'un ordinateur quantique aux bits logiques d'une puce de traitement d'un ordinateur classique. Le cœur de cette nouvelle stratégie repose sur un dispositif « interrupteur à bascule » qui connecte les qubits à un circuit appelé « résonateur de lecture » capable de lire le résultat des calculs des qubits.

Cet interrupteur à bascule peut être basculé dans différents états pour ajuster la force des connexions entre les qubits et le résonateur de lecture. Lorsqu'ils sont désactivés, les trois éléments sont isolés les uns des autres. Lorsque le commutateur est activé pour connecter les deux qubits, ils peuvent interagir et effectuer des calculs. Une fois les calculs terminés, l'interrupteur à bascule peut connecter l'un ou l'autre des qubits et le résonateur de lecture pour récupérer les résultats.

Avoir un interrupteur à bascule programmable contribue grandement à réduire le bruit, un problème courant dans les circuits informatiques quantiques qui rend difficile pour les qubits d'effectuer des calculs et d'afficher clairement leurs résultats.

Cette photo montre la région de travail centrale de l'appareil. Dans la partie inférieure, les trois grands rectangles (bleu clair) représentent les deux bits quantiques, ou qubits, à droite et à gauche et le résonateur au centre. Dans la section supérieure agrandie, le passage des micro-ondes à travers l'antenne (grand rectangle bleu foncé en bas) induit un champ magnétique dans la boucle SQUID (plus petit carré blanc au centre, dont les côtés mesurent environ 20 micromètres de long). Le champ magnétique active l'interrupteur à bascule. La fréquence et l'amplitude des micro-ondes déterminent la position du commutateur et la force de la connexion entre les qubits et le résonateur. Crédit : R. Simmonds/NIST

"L'objectif est de garder les qubits heureux afin qu'ils puissent calculer sans distractions, tout en étant capables de les lire quand nous le souhaitons", a déclaré Ray Simmonds, physicien du NIST et l'un des auteurs de l'article. "Cette architecture de dispositif contribue à protéger les qubits et promet d'améliorer notre capacité à effectuer les mesures haute fidélité requises pour construire des processeurs d'informations quantiques à partir de qubits."

The team, which also includes scientists from the University of Massachusetts Lowell, the University of Colorado Boulder, and Raytheon BBN Technologies, describes its results in a paper published recently in the journal Nature PhysicsAs the name implies, Nature Physics is a peer-reviewed, scientific journal covering physics and is published by Nature Research. It was first published in October 2005 and its monthly coverage includes articles, letters, reviews, research highlights, news and views, commentaries, book reviews, and correspondence." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Physique naturelle.

Les ordinateurs quantiques, qui en sont encore à leurs balbutiements, exploiteraient les propriétés étranges de la mécanique quantique pour effectuer des tâches que même nos ordinateurs classiques les plus puissants trouvent insolubles, comme contribuer au développement de nouveaux médicaments en effectuant des simulations sophistiquées d'interactions chimiques. .

Cependant, les concepteurs d’ordinateurs quantiques sont encore confrontés à de nombreux problèmes. L’une d’entre elles est que les circuits quantiques sont perturbés par des bruits externes, voire internes, résultant de défauts dans les matériaux utilisés pour fabriquer les ordinateurs. Ce bruit est essentiellement un comportement aléatoire qui peut créer des erreurs dans les calculs de qubits.