MOSCOU, 27 avril 2021 /PRNewswire/ — Une équipe de recherche internationale a obtenu pour la première fois la preuve expérimentale d’une interaction effective entre des photons micro-ondes via des qubits supraconducteurs. L’étude, publiée dans npj Quantum Materials, pourrait constituer une étape vers la mise en œuvre d’une mémoire quantique à longue durée de vie et le développement de dispositifs quantiques commerciaux.
Les scientifiques pensent que les particules de lumière individuelles, ou photons, sont parfaitement adaptées à l’émission d’informations quantiques. Encodés avec des données quantiques, ils pourraient littéralement transférer des informations à la vitesse de la lumière. Cependant, alors que les photons pourraient être un excellent support en raison de leur vitesse, ils n’aiment pas interagir entre eux, ce qui rend difficile l’intrication quantique.
Une équipe de scientifiques de NUST MISIS, de l’Institut de technologie de Karlsruhe, du Centre quantique russe et de l’Institut Ioffe de Saint-Pétersbourg a, pour la première fois, fait interagir efficacement des photons entre eux en utilisant un réseau de qubits supraconducteurs et un guide d’ondes. Au cours de leurs expériences, les chercheurs ont utilisé des photons d’une fréquence de quelques GHz et d’une longueur d’onde de quelques centimètres.
« Nous avons utilisé des qubits supraconducteurs, qui sont en fait des atomes artificiels, car il a été prouvé qu’ils interagissent fortement avec la lumière. L’interaction entre les atomes naturels et la lumière naturelle est faible en raison de la petite taille des atomes naturels. Les qubits supraconducteurs sont fabriqués par l’homme, leur taille peut atteindre 0,1 mm, ce qui permet d’augmenter de manière significative leur moment dipolaire et leur polarité, générant ainsi une forte interaction entre la lumière et la matière », a déclaré le professeur Alexey Ustinov, chef du laboratoire des métamatériaux supraconducteurs chez NUST MISIS et chef de groupe au Russian Quantum Center, qui a cosigné l’étude.
Les qubits supraconducteurs constituent aujourd’hui la principale forme de qubit, actuellement recherchée par l’industrie et les universités pour les applications de calcul quantique. Cependant, ils nécessitent des températures en milli-Kelvin (mK) pour fonctionner. Le plus puissant des dispositifs quantiques supraconducteurs existants contient moins de 100 qubits. À mesure que l’on ajoute des qubits, le nombre d’opérations qu’un ordinateur quantique peut effectuer croît de manière exponentielle, mais le nombre maximal de qubits pouvant être intégrés dans un ordinateur quantique est limité par la taille des réfrigérateurs utilisés pour les refroidir à des températures opérationnelles. Compte tenu de ce fait, les efforts de la communauté scientifique se sont récemment concentrés sur l’augmentation de la puissance de traitement d’un ordinateur quantique par la transmission de signaux quantiques d’un réfrigérateur à un autre. Pour réaliser cette transmission, les scientifiques ont couplé un réseau de huit qubits supraconducteurs de type transmon à un guide d’ondes ordinaire – un système qui guide les ondes, par exemple les ondes lumineuses.
« En utilisant des lignes dédiées à la polarisation de flux pour chaque qubit, nous contrôlons leurs fréquences de transition. Il a été démontré et vérifié expérimentalement que plusieurs qubits impliquent une réaction médiée par les photons à portée infinie, qui peut être coordonnée avec la distance inter-qubit », explique Alexey Ustinov.
L’étendue de ce travail prolonge l’expérience avec un ou deux qubits vers un métamatériau quantique complet, ouvrant ainsi la voie à des applications à grande échelle dans l’électrodynamique quantique en guide d’onde des circuits supraconducteurs.
Link – https://en.misis.ru/university/news/science/2021-04/7320/
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SOURCE The National University of Science and Technology MISiS
