Advance rapproche l’informatique quantique de sa mise en œuvre


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  • Les ordinateurs quantiques sont de puissants dispositifs de calcul qui s’appuient sur la mécanique quantique, ou la science de la façon dont les particules comme les électrons et les atomes interagissent avec le monde qui les entoure. Ces appareils pourraient potentiellement être utilisés pour résoudre certains types de problèmes de calcul en un temps beaucoup plus court. Les scientifiques espèrent depuis longtemps que l’informatique quantique pourrait être la prochaine grande avancée informatique ; cependant, les limitations existantes ont empêché la technologie d’atteindre son véritable potentiel. Pour que ces ordinateurs fonctionnent, l’unité d’information de base faisant partie intégrante de leur fonctionnement, connue sous le nom de bits quantiques ou qubits, doit être stable et rapide.

    Les qubits sont représentés à la fois par de simples états quantiques binaires et par diverses implémentations physiques. Un candidat prometteur est un électron piégé qui lévite dans le vide. Cependant, contrôler les états quantiques, en particulier les mouvements vibrationnels, des électrons piégés peut être difficile.

    Dans un article publié dans Recherche d’examen physique, les chercheurs ont identifié des solutions possibles à certaines des limitations des qubits pour l’informatique quantique. Ils ont examiné deux systèmes quantiques hybrides différents : un circuit électron-supraconducteur et un système couplé électron-ion. Les deux systèmes étaient capables de contrôler la température et le mouvement de l’électron.

    « Nous avons trouvé un moyen de refroidir et de mesurer le mouvement d’un électron en lévitation dans le vide, ou d’un électron piégé, tous deux dans le régime quantique », a déclaré le professeur adjoint Alto Osada au Komaba Institute for Science de l’Université de Tokyo. « Avec la faisabilité du contrôle au niveau quantique du mouvement des électrons piégés, l’électron piégé devient plus prometteur et attrayant pour les applications de la technologie quantique, telles que l’informatique quantique. »

    Les systèmes proposés sur lesquels les chercheurs se sont concentrés comprenaient un électron piégé dans un vide appelé piège de Paul interagissant avec des circuits supraconducteurs et un ion piégé. Parce que les ions sont chargés positivement et que les électrons sont chargés négativement, lorsqu’ils sont piégés ensemble, ils se déplacent l’un vers l’autre à cause d’un phénomène appelé attraction de Coulomb. Parce que l’électron a une masse si légère, les interactions entre l’électron et le circuit et l’électron et l’ion étaient particulièrement fortes. Ils ont également découvert qu’ils étaient capables de contrôler la température de l’électron à l’aide de champs micro-ondes et de lasers optiques.

    Une autre métrique importante que les chercheurs ont utilisée pour mesurer le succès de leurs calculs était le mode phonon de l’électron. Phonon fait référence à une unité d’énergie qui caractérise une vibration ou, dans ce cas, l’oscillation de l’électron piégé. Le résultat souhaitable était une lecture à phonon unique et un refroidissement à l’état fondamental. Le refroidissement à l’état fondamental fait référence à l’état gelé de l’électron. Les chercheurs ont pu les accomplir grâce à leurs deux systèmes hybrides qu’ils ont analysés. « Des opérations quantiques hautement efficaces et de haute fidélité sont disponibles dans le système à électrons piégés », a déclaré Osada. « Ce nouveau système se manifeste comme un nouveau terrain de jeu pour le développement des technologies quantiques. »

    Pour l’avenir, les chercheurs notent que des recherches expérimentales supplémentaires devront être menées pour voir si leurs méthodes peuvent être mises en œuvre et appliquées à l’informatique quantique. Par exemple, ils prévoient de démontrer leur idée avec une expérience de preuve de concept. « Nous prévoyons d’examiner nos schémas en utilisant des électrons piégés dans une cavité à micro-ondes », a déclaré Osada. « Grâce à cette recherche, nous pourrons faire un pas de plus vers des opérations quantiques précises et vers la mise en œuvre du calcul quantique. »

    Le projet JST ERATO MQM, JSPS KAKENHI et JST SPRING ont soutenu cette recherche.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Université de Tokyo. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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