Les ordinateurs quantiques peuvent traiter plus rapidement de grandes quantités de données, car ils effectuent de nombreuses étapes de calcul en parallèle. Le support d’information de l’ordinateur quantique est un qubit. Les qubits ne possèdent pas seulement les informations « 0 » et « 1 », mais également des valeurs intermédiaires. Cependant, la difficulté consiste à produire des qubits suffisamment petits et commutables assez rapidement pour exécuter des calculs quantiques.
Les circuits supraconducteurs sont une option très prometteuse. Les supraconducteurs sont des matériaux qui n’ont aucune résistance électrique à des températures extrêmement basses et, par conséquent, conduisent le courant électrique sans aucune perte. Ceci est important pour maintenir l’état quantique des qubits et pour les connecter efficacement.
Qubits de gralmonium : supraconducteurs et sensibles
Les chercheurs du KIT ont maintenant réussi à développer de nouveaux qubits supraconducteurs non conventionnels. « Le cœur d’un qubit supraconducteur est une soi-disant jonction Josephson qui sert à stocker des informations quantiques. Ici, nous avons apporté une modification cruciale », explique le Dr Ioan M. Pop de l’Institut des matériaux et technologies quantiques (IQMT) de KIT.
En règle générale, de telles jonctions Josephson pour bits quantiques supraconducteurs sont obtenues par une mince barrière d’oxyde séparant deux couches d’aluminium. « Pour nos qubits, nous utilisons une seule couche d’aluminium granulaire, un supraconducteur composé de grains d’aluminium de quelques nanomètres intégrés dans une matrice d’oxyde », explique Pop. Ensuite, le matériau s’auto-structure dans un réseau tridimensionnel de jonctions Josephson.
« Il est fascinant de voir que toutes les propriétés de notre qubit sont dominées par une très petite jonction de 20 nm seulement. Par conséquent, il agit comme une loupe de défauts matériels microscopiques dans les qubits supraconducteurs et offre une option d’amélioration prometteuse », Simon Günzler , IQMT, ajoute.
Qubits entièrement en aluminium granulé
Les progrès réalisés par l’équipe reposent sur une approche préalablement testée utilisant des qubits dits de fluxonium. Certaines parties de cette version précédente étaient en aluminium granulaire, d’autres en aluminium conventionnel. Désormais, tous les qubits sont en aluminium granulaire. « Et si un circuit quantique pouvait être découpé dans un film métallique, cela se traduirait par de toutes nouvelles opportunités de production industrielle par des procédés de gravure et une application étendue des qubits, par exemple dans des champs magnétiques puissants », explique Dennis Rieger du Physikalisches Institut du KIT.
L’article est publié dans la revue Matériaux naturels.
Plus d’information:
D. Rieger et al, Qubit de fluxonium à nanojonction d’aluminium granulaire, Matériaux naturels (2022). DOI : 10.1038/s41563-022-01417-9