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Des états quantiques de longue durée, pour concrétiser l'ordinateur quantique

Les atomes artificiels, basés sur des supraconducteurs, représentent l'une des options les plus prometteuses pour servir de base à l'informatique quantique. Des scientifiques financés par l'UE ont accompli de nouveaux progrès dans des circuits semi-conducteurs, qui pourraient conduire à des qubits supraconducteurs à longue durée de cohérence, ce qui est au cœur de la physique quantique.
Des états quantiques de longue durée, pour concrétiser l'ordinateur quantique
L'intrication optique ou à semi-conducteur sont deux voies possibles vers l'informatique quantique et les communications sécurisées. Les atomes artificiels partagent les mêmes concepts et physique que l'électrodynamique quantique de cavité, dans le cadre d'une architecture semi-conductrice d'électrodynamique quantique de circuit. Ils sont faits à partir de jonctions Josephson couplées à des résonateurs supraconducteurs sur la puce. Les dispositifs résonants apportent un environnement électromagnétique contrôlé, qui protège les qubits contre la relaxation d'énergie.

L'électrodynamique quantique de circuit a enregistré des progrès spectaculaires, mais il est souvent difficile de préserver la cohérence dans des qubits supraconducteurs, car ces systèmes sont fortement couplés aux champs électromagnétiques. Les circuits ne doivent pas être dissipatifs, par exemple les pièces métalliques doivent avoir une résistance nulle, afin que les signaux soient transmis d'une partie du circuit à une autre sans perte d'énergie et donc sans décohérence.

Les scientifiques du projet CQ3D (3D circuit quantum electrodynamics with flux qubits), financé par l'UE, ont conçu de nouvelles méthodes pour contrôler, coupler et mesurer les qubits supraconducteurs, dans le cadre d'un environnement électromagnétique quasiment parfait ayant un minimum de circuits complémentaires pour éviter la décohérence.

Les chercheurs ont testé divers systèmes expérimentaux pour étudier le traitement des qubits supraconducteurs et les résonateurs.

Les chercheurs ont commencé par une expérience de couplage de qubits transmon faits d'aluminium avec un résonateur 3D. Ils voulaient mieux comprendre les mécanismes dominants de relaxation de l'énergie, comme les effets tunnels sur les quasi-particules.

Pour réaliser des qubits basés sur le spin, les scientifiques ont exploité un type particulier de défaut dans les diamants, les centres d'inoccupation de l'azote, en couplant le spin des électrons à des résonateurs.

Les chercheurs ont réduit l'écart de performance de deux catégories de dispositifs, en intégrant des fonctions de cavités 3D usinées telles que des gravures profondes et de larges bandes capacitives dans des résonateurs plans (2D).

Finalement, les chercheurs ont obtenu des qubits de flux supraconducteurs, et caractérisé leur décohérence en couplage avec le résonateur.

Il est nécessaire d'atteindre une cohérence de longue durée des qubits supraconducteurs, sinon toute la 'magie quantique' disparaît, rendant impossible les calculs. Le couplage fort entre un qubit supraconducteur et un résonateur 3D ouvre de nouvelles possibilités pour l'informatique quantique, prolongeant de 2 ordres de magnitude la durée de cohérence. Les résultats du projet ont été diffusés via quatre publications.

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Mots-clés

Informatique quantique, qubits supraconducteurs, délai de cohérence, CQ3D, qubits de flux