Une nouvelle source de micro-ondes super-refroidie accélère la mise à l’échelle des ordinateurs quantiques

Une nouvelle source de micro-ondes super-refroidie accélère la mise à l'échelle des ordinateurs quantiques

Impression artistique d’une source micro-ondes sur puce contrôlant les qubits. Crédit : Alexandre Kakinen

Des chercheurs finlandais ont développé un circuit qui produit les signaux micro-ondes de haute qualité nécessaires pour contrôler les ordinateurs quantiques tout en fonctionnant à des températures proches du zéro absolu. Il s’agit d’une étape clé pour rapprocher le système de contrôle du processeur quantique, ce qui peut permettre d’augmenter considérablement le nombre de qubits dans le processeur.

L’un des facteurs limitant la taille des ordinateurs quantiques est le mécanisme utilisé pour contrôler les qubits dans les processeurs quantiques. Ceci est normalement accompli en utilisant une série d’impulsions micro-ondes, et comme les processeurs quantiques fonctionnent à des températures proches du zéro absolu, les impulsions de contrôle sont normalement amenées dans l’environnement refroidi via des câbles à large bande à partir de la température ambiante.

À mesure que le nombre de qubits augmente, le nombre de câbles nécessaires augmente également. Cela limite la taille potentielle d’un processeur quantique, car les réfrigérateurs refroidissant les qubits devraient devenir plus grands pour accueillir de plus en plus de câbles tout en travaillant plus fort pour les refroidir – finalement une proposition perdante.

Un consortium de recherche dirigé par l’Université Aalto et le Centre de recherche technique VTT de Finlande a maintenant développé un élément clé de la solution à cette énigme. “Nous avons construit une source micro-ondes précise qui fonctionne à la même température extrêmement basse que les processeurs quantiques, environ -273 degrés”, explique Mikko Möttönen, professeur à l’Université Aalto et au Centre de recherche technique VTT de Finlande, qui a dirigé l’équipe.

La nouvelle source micro-ondes est un dispositif sur puce qui peut être intégré à un processeur quantique. Avec une taille inférieure à un millimètre, il élimine potentiellement le besoin de câbles de commande haute fréquence reliant différentes températures. Avec cette source de micro-ondes à faible puissance et à basse température, il peut être possible d’utiliser des cryostats plus petits tout en augmentant le nombre de qubits dans un processeur.

“Notre appareil produit cent fois plus de puissance que les versions précédentes, ce qui est suffisant pour contrôler les qubits et effectuer des opérations de logique quantique”, explique Möttönen. “Il produit une onde sinusoïdale très précise, oscillant plus d’un milliard de fois par seconde. En conséquence, les erreurs dans les qubits de la source micro-ondes sont très rares, ce qui est important lors de la mise en œuvre d’opérations de logique quantique précises.”

Cependant, une source hyperfréquence à onde continue, telle que celle produite par cet appareil, ne peut pas être utilisée telle quelle pour contrôler les qubits. Premièrement, les micro-ondes doivent être façonnées en impulsions. L’équipe développe actuellement des méthodes pour allumer et éteindre rapidement la source micro-ondes.

Même sans solution de commutation pour créer des impulsions, une source micro-ondes efficace, à faible bruit et à basse température pourrait être utile dans une gamme de technologies quantiques, telles que les capteurs quantiques.

« En plus des ordinateurs quantiques et des capteurs, la source micro-ondes peut servir d’horloge pour d’autres appareils électroniques. Elle peut maintenir différents appareils au même rythme, leur permettant d’induire des opérations pour plusieurs qubits différents à l’instant souhaité », explique Möttönen.

L’analyse théorique et la conception initiale ont été réalisées par Juha Hassel et d’autres à VTT. Hassel, qui a commencé ce travail chez VTT, est actuellement responsable de l’ingénierie et du développement chez IQM, une société finlandaise de matériel informatique quantique. L’appareil a ensuite été construit au VTT et exploité par la recherche postdoctorale Chengyu Yan et ses collègues de l’Université Aalto en utilisant l’infrastructure de recherche OtaNano. Yan est actuellement professeur agrégé à l’Université des sciences et technologies de Huazhong, en Chine. Les équipes impliquées dans cette recherche font partie du Centre d’excellence de l’Académie de Finlande en technologie quantique (QTF) et de l’Institut quantique finlandais (InstituteQ).


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Plus d’information:
Chengyu Yan, une source micro-ondes cohérente sur puce à faible bruit, Nature Électronique (2021). DOI : 10.1038 / s41928-021-00680-z. www.nature.com/articles/s41928-021-00680-z

Fourni par l’Université Aalto

Citation: Une nouvelle source de micro-ondes super-refroidie accélère la mise à l’échelle des ordinateurs quantiques (2021, 9 décembre) récupérée le 9 décembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-12-super-cooled-microwave-source-boosts -scale-up.html

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