Les chercheurs franchissent une étape importante vers un traitement fiable de l’information quantique

Cette nouvelle méthode, développée à l’Institut d’informatique quantique (IQC) de l’Université de Waterloo, utilise un petit guide d’onde en verre pour séparer les faisceaux laser et les focaliser à quatre microns l’un de l’autre, soit environ les quatre centièmes de la largeur d’un seul cheveu humain. La précision et la mesure dans laquelle chaque faisceau laser focalisé sur son qubit cible peut être contrôlé en parallèle sont inégalées par les recherches antérieures.

“Notre conception limite la quantité de diaphonie (la quantité de lumière tombant sur les ions voisins) à la très faible intensité relative de 0,01 pour cent, ce qui est l’une des meilleures de la communauté quantique”, a déclaré le Dr K. Rajibul Islam, professeur à l’IQC et au Département de physique et d’astronomie de Waterloo. “Contrairement aux méthodes précédentes permettant de créer des contrôles agiles sur des ions individuels, les modulateurs à base de fibres ne s’influencent pas les uns les autres.

“Cela signifie que nous pouvons communiquer avec n’importe quel ion sans affecter ses voisins tout en conservant la capacité de contrôler chaque ion individuel dans la mesure du possible. Il s’agit du système de contrôle de qubits d’ions le plus flexible avec cette haute précision que nous connaissions, dans les deux cas. le monde universitaire et industriel. »

Les chercheurs ont ciblé les ions baryum, qui deviennent de plus en plus populaires dans le domaine du calcul quantique des ions piégés. Les ions baryum ont des états d’énergie pratiques qui peuvent être utilisés comme niveaux zéro et un d’un qubit et être manipulés avec une lumière verte visible, contrairement à la lumière ultraviolette de plus haute énergie nécessaire pour d’autres types d’atomes pour la même manipulation. Cela permet aux chercheurs d’utiliser des technologies optiques disponibles dans le commerce qui ne sont pas disponibles pour les longueurs d’onde ultraviolettes.

Les chercheurs ont créé une puce guide d’ondes qui divise un seul faisceau laser en 16 canaux de lumière différents. Chaque canal est ensuite dirigé vers des modulateurs individuels à base de fibre optique qui fournissent indépendamment un contrôle agile sur l’intensité, la fréquence et la phase de chaque faisceau laser. Les faisceaux laser sont ensuite focalisés jusqu’à leur petit espacement à l’aide d’une série de lentilles optiques semblables à un télescope. Les chercheurs ont confirmé la focalisation et le contrôle de chaque faisceau laser en les mesurant avec des capteurs de caméra précis.

« Ce travail fait partie de nos efforts à l’Université de Waterloo visant à construire des processeurs quantiques d’ions baryum à l’aide de systèmes atomiques », a déclaré Crystal Senko, co-chercheuse principale de l’Islam et membre du corps professoral de l’IQC et du Département de physique et d’astronomie de Waterloo. “Nous utilisons des ions parce qu’il s’agit de qubits identiques créés par la nature, nous n’avons donc pas besoin de les fabriquer. Notre tâche est de trouver des moyens de les contrôler.”

La nouvelle méthode de guide d’ondes démontre une méthode de contrôle simple et précise, prometteuse pour la manipulation des ions afin de coder et de traiter des données quantiques et pour une mise en œuvre dans la simulation et l’informatique quantiques.