Des ‘Hot Qubits’ Haute-Fidélité pour des systèmes quantiques

Intel et QuTech font la démonstration de « Hot Qubits » Haute-Fidélité pour des systèmes quantiques

Intel, en collaboration avec QuTech, a publié dans Nature un article démontrant le contrôle réussi de qubits « chauds », l’unité fondamentale de l’informatique quantique à des températures supérieures à 1 kelvin. La recherche a également mis en évidence un contrôle individuel cohérent de deux qubits avec une fidélité allant jusqu’à 99,3% pour chaque qubit. Ces percées mettent en évidence la possibilité de réunir dans un ensemble intégré les commandes cryogéniques d’un futur système quantique et les qubits de spin en silicium, qui ressemblent beaucoup à un transistor à électron unique.

« Cette recherche représente un progrès significatif dans notre recherche sur les qubits de spin en silicium, qui sont selon nous des candidats prometteurs pour alimenter des systèmes quantiques à l’échelle commerciale, étant donné leur ressemblance avec les transistors qu’Intel fabrique depuis plus de 50 ans. Notre démonstration de qubits « chauds » qui peuvent fonctionner à des températures plus élevées tout en conservant une haute-fidélité ouvre la voie à une variété d’options de contrôle local des qubits sans impact sur leurs performances« , a déclaré Jim Clarke, directeur du matériel quantique, Intel Labs.

Pourquoi c’est important…

L’application de l’informatique quantique à des problèmes pratiques dépend de la capacité à mettre à l’échelle et à contrôler des milliers – voire des millions – de qubits en même temps avec un haut niveau de fidélité. Cependant, les systèmes quantiques actuels sont limités par la taille globale du système, la fidélité des qubits et surtout la complexité de l’électronique de contrôle nécessaire pour gérer le quantique à grande échelle.

L’intégration de l’électronique de commande et des qubits de spin sur la même puce simplifie grandement les interconnexions entre les deux. Mais pour atteindre cet objectif, il est essentiel d’augmenter les températures auxquelles les qubits peuvent fonctionner. Auparavant, il était entendu qu’un ordinateur quantique ne fonctionnait que dans la plage du millikelvin – à peine une fraction de degré au-dessus du zéro absolu. Aujourd’hui, avec cette recherche sur les qubits « chauds », QuTech – en partenariat avec Intel – a prouvé son hypothèse selon laquelle les qubits de spin en silicium ont le potentiel de fonctionner à des températures légèrement plus élevées que les systèmes quantiques actuels, réalisant ainsi un pas de plus vers une plus grande flexibilité.

Cette approche permet à Intel de tirer parti de son expertise en matière de technologies avancées de conditionnement et d’interconnexion pour ouvrir la voie de la modularité vers la praticabilité quantique. Cette recherche s’appuie sur les travaux en cours d’Intel pour faire avancer le développement de systèmes quantiques full-stack, notamment l’introduction à la fin de l’année dernière de la première puce de contrôle quantique cryogénique Horse Ridge.

Les principales avancées technologiques

Les informations quantiques stockées dans ces qubits sont normalement rapidement perdues, à moins que les qubits ne soient refroidis à un niveau proche du zéro absolu (-273 degrés Celsius, ou 0 kelvin). Dans le cadre de recherches mises en évidence dans Nature, Intel et QuTech ont pour la première fois démontré le fonctionnement des qubits qui sont chauds, denses et cohérents. Ces qubits compacts fonctionnent de façon qualitative, et à des températures relativement élevées.

Alors que le contrôle d’un qubit au-dessus de 1K avec des points quantiques en silicium est démontré simultanément avec ces travaux, le contrôle de deux qubits n’était jusqu’à présent possible qu’à une température réduite de 40 millikelvins. Les recherches d’Intel et QuTech montrent une logique complète à deux qubits dans un circuit quantique fonctionnant à 1,1K.

Grâce à ces recherches, Intel et QuTech ont également démontré la capacité de contrôler le spin des électrons d’un système à deux qubits en mesurant une fidélité d’un qubit jusqu’à 99,3 % et un réglage précis du système. En outre, l’équipe a montré que les performances des qubits de spin sont très peu affectées dans les plages de température de 45 millikelvins à 1,25 kelvin.