Les physiciens travaillent pour prévenir la perte d’informations dans l’informatique quantique

Prenez l’informatique quantique. C’est un domaine qui attire déjà des milliards de dollars de soutien de la part d’investisseurs technologiques et de poids lourds de l’industrie, notamment IBM, Google et Microsoft. Mais si les plus infimes vibrations s’infiltrent du monde extérieur, elles peuvent entraîner la perte d’informations d’un système quantique.

Par exemple, même la lumière peut provoquer des fuites d’informations si elle a suffisamment d’énergie pour secouer les atomes dans une puce de processeur quantique.

“Tout le monde est vraiment enthousiaste à l’idée de construire des ordinateurs quantiques pour répondre à des questions vraiment difficiles et importantes”, a déclaré Joe Kitzman, doctorant à la Michigan State University. “Mais les excitations vibratoires peuvent vraiment gâcher un processeur quantique.”

Mais, avec de nouvelles recherches publiées dans la revue Communication Nature, Kitzman et ses collègues montrent que ces vibrations ne doivent pas être un obstacle. En fait, ils pourraient bénéficier de la technologie quantique.

“Si nous pouvons comprendre comment les vibrations se couplent à notre système, nous pouvons l’utiliser comme ressource et outil pour créer et stabiliser certains types d’états quantiques”, a déclaré Kitzman.

Cela signifie que les chercheurs peuvent utiliser ces résultats pour aider à atténuer les informations perdues par les bits quantiques, ou qubits (prononcés “q bits”).

Les ordinateurs conventionnels reposent sur une logique binaire claire. Les bits codent les informations en prenant l’un des deux états possibles distincts, souvent désignés par zéro ou un. Les qubits, cependant, sont plus flexibles et peuvent exister dans des états qui sont à la fois zéro et un.

Bien que cela puisse ressembler à de la triche, cela respecte bien les règles de la mécanique quantique. Néanmoins, cette fonctionnalité devrait conférer aux ordinateurs quantiques des avantages précieux par rapport aux ordinateurs conventionnels pour certains problèmes dans divers domaines, notamment la science, la finance et la cybersécurité.

Au-delà de ses implications pour la technologie quantique, le rapport de l’équipe dirigée par la MSU aide également à préparer le terrain pour de futures expériences afin de mieux explorer les systèmes quantiques en général.

“Idéalement, vous voulez séparer votre système de l’environnement, mais l’environnement est toujours là”, a déclaré Johannes Pollanen, titulaire de la chaire de physique Jerry Cowen au département de physique et d’astronomie de la MSU. “C’est presque comme des déchets dont vous ne voulez pas vous occuper, mais vous pouvez apprendre toutes sortes de trucs sympas sur le monde quantique quand vous le faites.”

Pollanen dirige également le Laboratoire des systèmes quantiques hybrides, dont Kitzman est membre, au Collège des sciences naturelles. Pour les expériences menées par Pollanen et Kitzman, l’équipe a construit un système composé d’un qubit supraconducteur et de ce que l’on appelle des résonateurs à ondes acoustiques de surface.

Ces qubits sont l’une des variétés les plus populaires parmi les entreprises développant des ordinateurs quantiques. Les résonateurs mécaniques sont utilisés dans de nombreux appareils de communication modernes, y compris les téléphones portables et les ouvre-portes de garage, et maintenant, des groupes comme Pollanen les mettent au travail dans la technologie quantique émergente.

Les résonateurs de l’équipe ont permis aux chercheurs d’ajuster les vibrations subies par les qubits et de comprendre comment l’interaction mécanique entre les deux a influencé la fidélité des informations quantiques.

“Nous créons un système de paradigme pour comprendre comment ces informations sont brouillées”, a déclaré Pollanen. “Nous contrôlons l’environnement, dans ce cas, les vibrations mécaniques dans le résonateur, ainsi que le qubit.”

“Si vous pouvez comprendre comment ces pertes environnementales affectent le système, vous pouvez l’utiliser à votre avantage”, a déclaré Kitzman. “La première étape pour résoudre un problème est de le comprendre.”

MSU est l’un des rares endroits équipés et dotés de personnel pour effectuer des expériences sur ces dispositifs de résonateur couplés qubit-mécaniques, a déclaré Pollanen, et les chercheurs sont ravis d’utiliser leur système pour une exploration plus approfondie. L’équipe comprenait également des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology et de l’Université de Washington à St. Louis.