Sandia National Laboratories a produit son premier lot d’un nouveau piège à ions de classe mondiale, un composant central de certains ordinateurs quantiques. Le nouvel appareil, baptisé Enchilada Trap, permet aux scientifiques de construire des machines plus puissantes pour faire progresser le domaine expérimental mais potentiellement révolutionnaire de l’informatique quantique.
En plus des pièges exploités à Sandia, plusieurs pièges ont été livrés à l’Université Duke en juillet pour analyse et test. Duke et Sandia sont partenaires de recherche par le biais du Quantum Systems Accelerator, l’un des cinq centres de recherche nationaux américains sur les sciences de l’information quantique.
Un piège à ions est un type de micropuce qui contient des atomes ou des ions chargés électriquement. Avec plus d’ions piégés, ou qubits, un ordinateur quantique peut exécuter des algorithmes plus complexes.
Le piège Enchilada peut stocker et transporter jusqu’à 200 qubits, une augmentation par rapport au maximum de 32 dans la version précédente de Sandia, le Roadrunner Trap. Les deux versions sont produites dans l’usine de fabrication Microsystems Engineering, Science and Applications de Sandia.
Selon Daniel Stick, un scientifique de Sandia et chercheur principal de l’accélérateur de systèmes quantiques, un ordinateur quantique avec jusqu’à 200 qubits et des taux d’erreur actuels ne surpassera pas un ordinateur conventionnel pour résoudre des problèmes utiles. Cependant, cela permettra aux chercheurs de tester une architecture avec de nombreux qubits qui, à l’avenir, prendront en charge des algorithmes quantiques plus sophistiqués pour la physique, la chimie, la science des données, la science des matériaux et d’autres domaines.
« Nous fournissons le domaine de la salle informatique quantique pour développer et explorer des machines plus grandes et une programmation plus compliquée », a déclaré Daniel.
Le piège Enchilada, fabriqué dans l’usine de fabrication Microsystems Engineering, Science and Applications. 1 crédit
Une conception tournée vers l’avenir
Sandia a recherché, construit et testé des pièges à ions pendant 20 ans. Pour surmonter une série de défis de conception, l’équipe a combiné les connaissances institutionnelles avec de nouvelles innovations.
D’une part, ils avaient besoin d’espace pour contenir plus d’ions et d’un moyen de les réorganiser pour des calculs complexes. La solution était un réseau d’électrodes qui se ramifie comme un arbre généalogique ou un support de tournoi. Chaque branche étroite sert de lieu de stockage et de transport des ions.
Sandia avait expérimenté des jonctions similaires dans les pièges précédents. Stick pense que l’architecture de branchement est actuellement la meilleure solution pour réorganiser les qubits d’ions piégés et prévoit que les futures versions encore plus grandes du piège présenteront une conception similaire.
Une autre préoccupation était la dissipation de l’énergie électrique sur le piège Enchilada, qui pouvait générer une chaleur importante, entraînant un dégazage accru des surfaces, un risque plus élevé de panne électrique et des niveaux élevés de bruit de champ électrique. Pour résoudre ce problème, les spécialistes de la production ont conçu de nouvelles fonctionnalités microscopiques pour réduire la capacité de certaines électrodes.
« Notre équipe regarde toujours vers l’avenir », a déclaré Zach Meinelt de Sandia, l’intégrateur principal du projet. « Nous collaborons avec des scientifiques et des ingénieurs pour en savoir plus sur le type de technologie, de fonctionnalités et d’améliorations des performances dont ils auront besoin dans les années à venir. Nous concevons et fabriquons ensuite des pièges pour répondre à ces exigences et recherchons constamment des moyens de nous améliorer davantage. »