Des simulations suggèrent une nouvelle technique pour réinitialiser les “qubits” d’un ordinateur quantique sans les endommager.
Le redémarrage d’un ordinateur quantique est un processus délicat qui peut endommager ses composants, mais deux physiciens du RIKEN ont proposé un moyen rapide et contrôlable de réinitialiser l’ordinateur.
Les ordinateurs conventionnels traitent les informations stockées sous forme de bits qui prennent la valeur de zéro ou un. La puissance potentielle des ordinateurs quantiques réside dans leur capacité à traiter des “qubits” qui peuvent prendre la valeur de zéro ou de un, ou être un mélange flou des deux simultanément.
“Cependant, pour réutiliser le même circuit pour de multiples opérations, il faut forcer les qubits à revenir rapidement à zéro”, explique Jaw Shen Tsai, physicien quantique au Centre RIKEN d’informatique quantique. Mais cela est plus facile à dire qu’à faire.
Figure 1 : Une photographie d’un réfrigérateur à dilution qui abrite des qubits. Crédit : 2022 RIKEN Center for Quantum Computing.
L’un des meilleurs moyens actuels de réinitialiser les qubits construits à partir de minuscules supraconducteurs consiste à relier le qubit à un photon – une particule de lumière – dans un minuscule dispositif appelé résonateur. Le qubit transfère son énergie au résonateur, après quoi le photon du résonateur se désintègre, libérant son énergie dans l’environnement. Ce processus fait retomber l’état du qubit à l’état fondamental (zéro). Le problème avec cette méthode est que l’intrication permanente avec un photon qui se désintègre dégrade rapidement la qualité du qubit, de sorte qu’il cesse rapidement d’être utile pour les opérations futures. “C’est mauvais pour le qubit, dont la durée de vie devient courte”, explique Tsai.
Aujourd’hui, Tsai et son collègue du RIKEN, Teruaki Yoshioka, ont conçu une simulation pour aider à trouver une meilleure façon de réinitialiser le qubit, sans l’endommager.
Sur la base de leurs calculs, le duo a proposé de construire un résonateur qui peut être contrôlé en utilisant une jonction supplémentaire réalisée en prenant en sandwich un matériau supraconducteur avec un isolant, un métal normal, un autre isolant et un autre supraconducteur. Cette jonction en couches est contrôlée par l’application d’une tension. Pendant l’opération du qubit, le montage est réglé de manière à ce que le photon ne puisse pas se désintégrer. Ce n’est que lorsque l’opération est terminée que les physiciens modifient la tension, permettant ainsi au photon de libérer de l’énergie. “Ce résonateur ajustable est la clé de notre proposition”, déclare Tsai.
Jaw Shen Tsai (deuxième rang, cinquième à partir de la gauche) avec l’équipe qu’il dirige. Avec Teruaki Yoshioka (deuxième rang, premier à droite), Tsai a conçu une nouvelle technique pour réinitialiser rapidement les qubits sans les endommager. Crédit : 2022 RIKEN
Le meilleur record actuel du laboratoire pour réinitialiser un qubit est de 280 nanosecondes, avec une fidélité de 99,0 %. ” Nos simulations suggèrent que nous pourrions réinitialiser le qubit en 80 nanosecondes, avec une fidélité de 99,0 % “, déclare Yoshioka.
L’équipe teste actuellement ce dispositif, qui est maintenu à basse température à l’aide d’un réfrigérateur à dilution (figure 1), avec des résultats prometteurs. “Ce dispositif devrait être très utile si nous parvenons à l’implémenter dans un circuit quantique”, déclare Tsai.
Référence : “Fast unconditional initialization for superconducting qubit and resonator using quantum-circuit refrigerator” par T. Yoshioka et J. S. Tsai, 21 septembre 2021, Applied Physics Letters.
DOI : 10.1063/5.0057894
