Des chercheurs enregistrent une «cohérence temporelle» d’un qubit

ordinateur-quantique-cohérence-temporelle-qubit

Pour la première fois des chercheurs du MIT ont enregistré la «cohérence temporelle» d’un bit de graphène; c’est-à-dire la durée pendant laquelle il peut conserver un état spécial lui permettant de représenter deux états logiques simultanément. Cette démonstration, qui a utilisé un nouveau type de qubit à base de graphène, représente un pas en avant essentiel pour l’informatique quantique, selon les chercheurs.

Une «cohérence temporelle» d’un bit de graphène

Les bits quantiques supraconducteurs (ou simplement les qubits) sont des atomes artificiels qui utilisent diverses méthodes pour produire des bits d’informations quantiques; la composante fondamentale des ordinateurs quantiques. Semblables aux circuits binaires traditionnels des ordinateurs, les qubits peuvent conserver l’un des deux états correspondant aux bits binaires classiques, un 0 ou un 1.

Mais ces qubits peuvent aussi être une superposition simultanée dans deux états, ce qui pourrait permettre aux ordinateurs quantiques de résoudre des problèmes complexes, lesquels sont pratiquement impossibles pour les ordinateurs traditionnels. Le temps que ces qubits restent dans cet état de superposition est appelé « temps de cohérence ». Plus le temps de cohérence est long, plus le qubit est capable de résoudre des problèmes complexes.

Dans un article publié aujourd’hui dans Nature Nanotechnology, les chercheurs ont démontré pour la première fois un qubit cohérent composé de graphène et de matériaux exotiques. Ces matériaux permettent au qubit de changer d’état par la tension, un peu comme les transistors des puces informatiques classiques d’aujourd’hui. De plus, les chercheurs ont chiffré cette cohérence en la chiffrant à 55 nanosecondes, avant que le qubit ne revienne à son état fondamental.

« Notre motivation est d’utiliser les propriétés uniques du graphène pour améliorer les performances des qubits supraconducteurs », explique le premier auteur Joel I-Jan Wang, postdoc du groupe Oliver du laboratoire de recherche en électronique (RLE) du MIT. «Dans ce travail, nous montrons pour la première fois qu’un qubit supraconducteur à base de graphène est cohérent quantiquement dans le temps, une condition essentielle pour la construction de circuits quantiques plus sophistiqués. »

Une cohérence mesurable

« Notre appareil est le premier à montrer un temps de cohérence mesurable qui est suffisamment long pour que l’être humain puisse le contrôler. », explique Wang.

Les qubits supraconducteurs reposent sur une structure appelée « jonction Josephson« , dans laquelle un isolant (généralement un oxyde) est pris en sandwich entre deux matériaux supraconducteurs (généralement de l’aluminium). Dans les conceptions qubit accordables traditionnelles, une boucle de courant crée un petit champ magnétique qui provoque le va-et-vient des électrons entre les matériaux supraconducteurs, entraînant la commutation des états du qubit.

Mais ce courant consomme beaucoup d’énergie et pose d’autres problèmes. Récemment, quelques groupes de recherche ont remplacé l’isolant par du graphène, une couche de carbone d’une épaisseur d’un atome, peu coûteuse à produire en masse et qui possède des propriétés uniques qui pourraient permettre un calcul plus rapide et plus efficace.

Pour leur jonction Josephson, les chercheurs ont pris en sandwich une feuille de graphène entre les deux couches d’un isolant de van der Waals appelé nitrure de bore hexagonal (hBN). Lorsque la tension est appliquée au qubit, les électrons rebondissent entre deux conducteurs supraconducteurs connectés par du graphène, modifiant le qubit de la terre (0) en état excité ou en superposition (1). La couche de hBN inférieure sert de substrat pour héberger le graphène.

La couche supérieure de hBN encapsule le graphène, le protégeant de toute contamination. Ceci représente le «transport balistique» idéal pour les qubits, où une majorité d’électrons se déplacent d’un conducteur supraconducteur à un autre sans se disperser avec des impuretés, permettant ainsi un changement rapide et précis des états.

Une découverte qui peut résoudre le «problème d’échelle» des qubits

Cette découverte peut aider à résoudre le «problème d’échelle» de qubit, explique Wang. À l’heure actuelle, environ seulement 1 000 qubits peuvent tenir sur une seule puce. Avoir des qubits contrôlés par la tension sera particulièrement important car des millions de qubits commencent à être entassés sur une seule puce. «Sans contrôle de la tension, vous aurez également besoin de milliers, et même de millions, de boucles de courant, ce qui prend beaucoup de place et conduit à la dissipation d’énergie», explique-t-il.

Pour le moment, le qubit des chercheurs a une courte durée de vie. Pour référence, les qubits supraconducteurs conventionnels prometteurs pour une application pratique ont des temps de cohérence de quelques dizaines de microsecondes, ce qui est plusieurs centaines de fois supérieures au qubit des chercheurs.

Prolonger la durée de vie de la cohérence du qubit

Mais les chercheurs s’occupent déjà de plusieurs problèmes qui entraînent cette courte durée de vie, dont la plupart nécessitent des modifications structurelles. Ils utilisent également leur nouvelle méthode de vérification de la cohérence pour étudier plus en détail la façon dont les électrons se déplacent de manière balistique autour des qubits, dans le but de prolonger le temps de la cohérence des qubits en général.

Source : MIT

https://farm8.staticflickr.com/7841/45654645405_b2412177eb_o.jpg

0 thoughts on “Des chercheurs enregistrent une «cohérence temporelle» d’un qubit”

Écrivez ou commentez

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *