Au travail publié dans Lettres d’examen physique Des chercheurs de l’Institut de recherche scientifique et industrielle (SANKEN) de l’Université d’Osaka ont utilisé la méthode « des raccourcis vers l’adiabaticité (STA) » pour accélérer considérablement l’évolution adiabatique des qubits de spin. La fidélité du retournement de spin après optimisation des impulsions peut atteindre 97,8 % dans les points quantiques GaAs. Ce travail peut être applicable à d’autres passages adiabatiques et peut être utile pour un contrôle quantique rapide et haute fidélité.
Un ordinateur quantique utilise la superposition des états « 0 » et « 1 » pour effectuer un traitement de l’information complètement différent de l’informatique classique, permettant ainsi de résoudre certains problèmes à un rythme beaucoup plus rapide. Un fonctionnement d’état quantique haute fidélité dans des espaces de qubits programmables suffisamment grands est nécessaire pour obtenir « l’avantage quantique ».
La méthode conventionnelle de changement d’état quantique utilise le contrôle des impulsions, qui est sensible aux bruits et aux erreurs de contrôle. En revanche, l’évolution adiabatique peut toujours maintenir le système quantique dans son état propre. Il est robuste aux bruits mais nécessite un certain temps.
Une équipe de SANKEN a utilisé pour la première fois la méthode STA pour accélérer considérablement l’évolution adiabatique des qubits de spin dans des points quantiques définis par une porte. La théorie qu’ils ont utilisée a été proposée par le scientifique Xi Chen et d’autres. « Nous avons utilisé le style de conduite quantique sans transition de STA, permettant ainsi au système de toujours rester dans son état propre idéal, même en cas d’évolution rapide », explique le co-auteur Takafumi Fujita.
Selon l’évolution cible des qubits de spin, l’expérience de ce groupe ajoute un autre moteur efficace pour supprimer les erreurs diabatiques, ce qui garantit une évolution adiabatique rapide et presque idéale.
Les propriétés dynamiques ont également été étudiées et ont prouvé l’efficacité de cette méthode. De plus, l’impulsion modifiée après optimisation a pu supprimer davantage les bruits et améliorer l’efficacité du contrôle de l’état quantique.
Enfin, ce groupe a atteint une fidélité de rotation allant jusqu’à 97,8 %. Selon leur estimation, l’accélération du passage adiabatique serait bien meilleure dans les boîtes quantiques de Si ou de Ge avec moins de bruit de spin nucléaire.
« Cela fournit une méthode de contrôle quantique rapide et haute fidélité. Nos résultats peuvent également être utiles pour accélérer d’autres passages adiabatiques dans les points quantiques », explique l’auteur correspondant Akira Oiwa.
En tant que candidats prometteurs pour l’informatique quantique, les points quantiques définis par porte ont des temps de cohérence longs et une bonne compatibilité avec l’industrie moderne des semi-conducteurs. L’équipe essaie de trouver davantage d’applications dans les systèmes de points quantiques définis par des portes, comme la promotion d’un plus grand nombre de qubits de spin. Ils espèrent trouver une solution plus simple et plus réalisable pour le traitement de l’information quantique tolérant aux pannes à l’aide de cette méthode.
Plus d’information:
Xiao-Fei Liu et al, Passage adiabatique accéléré d’un qubit de spin électronique unique dans des points quantiques, Lettres d’examen physique (2024). DOI : 10.1103/PhysRevLett.132.027002. Sur arXiv: DOI : 10.48550/arxiv.2312.13135