Les qubits de charge sont multipliés par mille – Physics World

Des chercheurs américains ont multiplié par 1000 XNUMX le temps de cohérence des bits quantiques de charge (qubits) grâce aux progrès réalisés dans les matériaux utilisés pour leur construction. Dirigé par Dafei Jin du Centre d'Argonne pour les Matériaux Nanométriques et David Schuster de l'Université de Stanford et de l'Université de Chicago, l'équipe multi-institutionnelle a également montré qu'il était possible de lire l'état de ces qubits avec une fidélité de 98.1 % – une valeur qui, selon Jin, augmentera encore avec l'aide de technologies de lecture plus sophistiquées.

Le temps de cohérence est d’une importance vitale dans l’informatique quantique, car il indique la durée pendant laquelle un qubit peut rester dans une superposition de plusieurs états avant que le bruit ambiant ne l’entraîne à décohérer ou à perdre sa nature quantique. Pendant cette période, un ordinateur quantique peut effectuer des calculs complexes que les ordinateurs classiques ne peuvent pas effectuer.

De nombreux systèmes quantiques peuvent agir comme des qubits. Les qubits de spin, par exemple, codent des informations quantiques dans le spin d'un électron ou d'un noyau, qui peut être ascendant, descendant ou une superposition des deux. Les qubits de charge, quant à eux, représentent des informations quantiques à travers la présence ou l'absence de charge excédentaire sur un électron contenu dans le système de qubits. Ils sont relativement nouveaux – membres de l’équipe créé le premier en 2022 – et Jin dit qu’ils présentent plusieurs avantages par rapport aux qubits de spin.

"Les qubits de charge permettent généralement une vitesse de fonctionnement beaucoup plus rapide car les charges se couplent fortement aux champs électriques", explique-t-il. « Ceci est avantageux par rapport aux qubits de spin, car les spins se couplent faiblement aux champs magnétiques. Les dispositifs à qubits de charge sont généralement beaucoup plus faciles à fabriquer et à exploiter, car la plupart des infrastructures de fabrication et d'exploitation existantes sont basées sur des charges et des champs électriques, plutôt que sur des spins et des champs magnétiques. Ils peuvent souvent être rendus plus compacts.

Ultraclean est ultrasilencieux

Jin explique que les chercheurs ont créé leurs qubits de charge en piégeant un électron dans un point quantique, qui est une collection d'atomes à l'échelle nanométrique qui se comporte comme une seule particule quantique. Le point quantique repose sur une surface en néon solide et est placé sous vide.

Selon Jin, cet environnement ultrapropre est la clé du succès de l’expérience. Le néon, en tant que gaz rare, ne formera pas de liaisons chimiques avec d'autres éléments. En fait, comme le souligne l'équipe dans un Physique de la nature Dans son article sur la recherche, le néon dans un environnement à basse température et proche du vide se condensera en un solide semi-quantique ultra-pur dépourvu de tout ce qui pourrait introduire du bruit dans le qubit. Ce manque de bruit a permis à l'équipe d'augmenter le temps de cohérence du qubit de charge de 100 nanosecondes typiques des efforts précédents à 100 microsecondes.

De plus, les chercheurs ont lu l'état de ces qubits avec 98.1 % de fidélité sans utiliser d'amplificateur à limitation quantique, que Jin décrit comme « un dispositif spécial placé à très basse température (dans notre cas 10 millikelvin) qui peut amplifier de faibles signaux électromagnétiques mais générer un bruit thermique presque nul ». Parce que de tels appareils améliorent la capacité de lecture, obtenir une fidélité de 98.1 % sans eux est, dit Jin, particulièrement impressionnant. "Dans nos futures expériences, une fois que nous les utiliserons, notre fidélité de lecture ne pourra qu'aller bien plus haut", ajoute-t-il.

La prochaine étape

Même si le temps de cohérence multiplié par mille constitue déjà une amélioration majeure par rapport aux systèmes de qubits de charge précédents, les chercheurs s’attendent à encore plus à l’avenir. Selon Jin, les calculs théoriques de l’équipe suggèrent que le système de qubits de charge pourrait atteindre un temps de cohérence de 1 à 10 millisecondes, ce qui représente un autre facteur d’amélioration de 10 à 100 par rapport aux valeurs actuelles. Cependant, pour y parvenir, les scientifiques devront mieux contrôler tous les aspects de l’expérience, depuis la conception et la fabrication des dispositifs jusqu’au contrôle des qubits.

Au-delà de cela, Jin et ses collègues continuent de chercher des moyens d’améliorer encore davantage le système.

«La prochaine étape la plus importante consistera à montrer que deux qubits de charge peuvent être intriqués», explique Jin. « Nous avons travaillé là-dessus et avons fait beaucoup de progrès. Une fois cet objectif atteint, notre plate-forme qubit est alors prête pour l’informatique quantique universelle, même si certaines performances détaillées peuvent continuer à être améliorées.

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• La source: https://physicsworld.com/a/charge-qubits-get-a-thousand-fold-boost/