Des scientifiques russes de l’Université des sciences et technologies MISIS et de l’Université technique d’État Bauman de Moscou ont été l’un des premiers au monde à mettre en œuvre une opération à deux qubits utilisant des qubits de fluxonium supraconducteurs. Les fluxoniums ont un cycle de vie plus long et une plus grande précision des opérations, ils sont donc utilisés pour faire des algorithmes plus longs. Un article sur la recherche qui rapproche la création d’un ordinateur quantique de la réalité a été publié dans npj Informations quantiques.
L’une des principales questions dans le développement d’un ordinateur quantique universel concerne les qubits. À savoir, quels objets quantiques sont les meilleurs pour fabriquer des processeurs pour ordinateurs quantiques : électrons, photons, ions, supraconducteurs ou autres « transistors quantiques ». Les qubits supraconducteurs sont devenus l’une des plates-formes les plus performantes pour l’informatique quantique au cours de la dernière décennie. À ce jour, les qubits supraconducteurs les plus performants sur le plan commercial sont les transmons, qui sont activement étudiés et utilisés dans les développements quantiques de Google, IBM et d’autres laboratoires de premier plan dans le monde.
La tâche principale d’un qubit est de stocker et de traiter les informations sans erreur. Le bruit accidentel et même la simple observation peuvent entraîner la perte ou l’altération des données. Le fonctionnement stable des qubits supraconducteurs nécessite souvent des températures ambiantes extrêmement basses, proches de zéro Kelvin, qui sont des centaines de fois plus froides que la température de l’espace ouvert.
Des physiciens russes du laboratoire de métamatériaux supraconducteurs de l’Université MISIS et de l’Université technique d’État Bauman de Moscou ont été l’un des premiers au monde à mettre en œuvre une opération à deux qubits utilisant des qubits de fluxonium supraconducteurs. Pour protéger les qubits du bruit, les chercheurs ont ajouté au circuit un suprainducteur (un élément supraconducteur à haut niveau de résistance au courant alternatif) qui est une chaîne de 40 contacts Josephson – des structures de deux supraconducteurs séparés par une fine couche de diélectrique.
« Les qubits de fluxonium sont plus complexes et moins étudiés que les transmons. Le principal avantage des fluxoniums est qu’ils peuvent fonctionner à une fréquence basse d’environ 600 MHz. Nous savons que plus la fréquence est basse, plus la durée de vie des qubits est longue, ce qui signifie que « plus d’opérations peuvent être effectuées avec eux. Lors des tests, il s’est avéré que les pertes diélectriques des qubits de fluxonium permettent de conserver l’état de la superposition plus longtemps que celui des transmons », a déclaré Ilya Besedin, l’un des auteurs de l’étude, un ingénieur du projet scientifique au laboratoire NUST MISIS Superconducting Metamaterials.
Pour mettre en œuvre un ensemble universel d’opérations logiques, les scientifiques ont utilisé des portes à deux qubits de haute précision : fSim et CZ. Afin de mettre les qubits en résonance entre eux, une modulation paramétrique du flux d’un des qubits du système a été utilisée. Les auteurs de l’étude notent qu’en raison de l’élément de couplage accordable, il était simultanément possible non seulement d’obtenir la précision des opérations à deux qubits au-dessus de 99,22%, mais également de supprimer l’interaction ZZ résiduelle entre les qubits, ce qui permettait d’effectuer opérations parallèles à un seul qubit avec une précision de 99,97 %.
« La faible fréquence des qubits de calcul ouvre la voie non seulement à des durées de vie plus longues des qubits et à la précision des opérations des vannes, ce qui conduira à la création d’algorithmes plus longs, mais permet également d’utiliser l’électronique sous-gigahertz dans les lignes de contrôle des qubits, ce qui réduit considérablement la complexité. du système de contrôle du processeur quantique », a déclaré Ilya Besedin.
Les résultats obtenus révèlent une approche intéressante et prometteuse vers l’informatique quantique tolérante aux pannes avec des qubits basse fréquence qui peuvent être une bonne alternative au système transmon.
À l’avenir, les scientifiques prévoient de poursuivre leurs recherches avec des calculs basés sur des qubits de fluxonium, d’optimiser le système de contrôle des qubits, d’améliorer les taux de lecture et de commencer à développer des systèmes multi-qubits basés sur eux.
Plus d’information:
Ilya N. Moskalenko et al, Portes à deux qubits haute fidélité sur des fluxoniums utilisant un coupleur accordable, npj Informations quantiques (2022). DOI : 10.1038/s41534-022-00644-x