Jalon important dans la création d’un ordinateur quantique –

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  • Ordinateur quantique: L’un des obstacles au progrès dans la recherche d’un ordinateur quantique fonctionnel a été que les dispositifs de travail qui entrent dans un ordinateur quantique et effectuent les calculs proprement dits, les qubits, ont jusqu’à présent été réalisés par des universités et en petit nombre. Mais ces dernières années, une collaboration paneuropéenne, en partenariat avec le leader français de la microélectronique CEA-Leti, explore les transistors du quotidien – présents en milliards dans tous nos téléphones portables – pour leur utilisation comme qubits. La société française Leti fabrique des wafers géants remplis d’appareils et, après avoir mesuré, des chercheurs de l’institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague ont trouvé que ces appareils produits industriellement convenaient en tant que plate-forme de qubit capable de passer à la deuxième dimension, un étape pour un ordinateur quantique fonctionnel. Le résultat est maintenant publié dans Communications de la nature.

    Les points quantiques dans un tableau à deux dimensions sont un pas en avant

    L’une des principales caractéristiques des appareils est le tableau bidimensionnel de points quantiques. Ou plus précisément, un réseau deux par deux de points quantiques. «Ce que nous avons montré, c’est que nous pouvons réaliser un contrôle électronique unique dans chacun de ces points quantiques. Ceci est très important pour le développement d’un qubit, car l’un des moyens possibles de faire des qubits est d’utiliser le spin d’un seul Donc, atteindre cet objectif de contrôler les électrons uniques et de le faire dans un tableau 2D de points quantiques était très important pour nous », explique Fabio Ansaloni, ancien doctorant, maintenant post-doctorant au centre des dispositifs quantiques, NBI.

    L’utilisation de spins d’électrons s’est avérée avantageuse pour la mise en œuvre de qubits. En fait, leur nature “silencieuse” fait que les spins interagissent faiblement avec l’environnement bruyant, une exigence importante pour obtenir des qubits très performants.

    L’extension des processeurs d’ordinateurs quantiques à la deuxième dimension s’est avérée essentielle pour une mise en œuvre plus efficace des routines de correction d’erreur quantique. La correction d’erreurs quantiques permettra aux futurs ordinateurs quantiques d’être tolérants aux pannes contre les pannes de qubit individuelles pendant les calculs.

    L’importance de la production à l’échelle industrielle

    Professeur assistant au Center for Quantum Devices, NBI, Anasua Chatterjee ajoute: “L’idée originale était de créer un tableau de qubits de spin, de passer à des électrons uniques et de devenir capable de les contrôler et de les déplacer. En ce sens, c’est vraiment génial. que le Leti a pu livrer les échantillons que nous avons utilisés, ce qui nous a permis d’atteindre ce résultat. Un grand mérite revient au consortium de projets paneuropéens et un financement généreux de l’UE, qui nous a aidés à avancer lentement du niveau d’un seul point quantique avec un seul électron à avoir deux électrons, et maintenant passer aux tableaux à deux dimensions. Les tableaux à deux dimensions est un très grand objectif, car cela commence à ressembler à quelque chose dont vous avez absolument besoin pour construire un quantique Le Leti a donc été impliqué dans une série de projets au fil des ans, qui ont tous contribué à ce résultat. “

    Le mérite d’avoir atteint ce stade appartient à de nombreux projets à travers l’Europe

    Le développement a été progressif. En 2015, des chercheurs grenoblois ont réussi à fabriquer le premier qubit de spin, mais celui-ci était basé sur des trous et non des électrons. À l’époque, les performances des appareils fabriqués dans le «régime des trous» n’étaient pas optimales, et la technologie a évolué de sorte que les appareils actuellement au NBI peuvent avoir des réseaux bidimensionnels dans le régime d’un seul électron. Les progrès sont triples, expliquent les chercheurs: «Premièrement, produire les dispositifs dans une fonderie industrielle est une nécessité. L’évolutivité d’un processus industriel moderne est essentielle alors que nous commençons à fabriquer des tableaux plus grands, par exemple pour de petits simulateurs quantiques. Deuxièmement, lors de la création d’un ordinateur quantique, vous avez besoin d’un tableau en deux dimensions et vous avez besoin d’un moyen de connecter le monde externe à chaque qubit. Si vous avez 4-5 connexions pour chaque qubit, vous vous retrouvez rapidement avec un nombre irréaliste de fils mais ce que nous avons réussi à montrer, c’est que nous pouvons avoir une porte par électron, et vous pouvez lire et contrôler avec la même porte. Et enfin, en utilisant ces outils, nous avons pu déplacer et échanger une seule électrons de manière contrôlée autour du réseau, un défi en soi. “

    Les tableaux à deux dimensions peuvent contrôler les erreurs

    Le contrôle des erreurs survenant dans les appareils est un chapitre en soi. Les ordinateurs que nous utilisons aujourd’hui produisent beaucoup d’erreurs, mais elles sont corrigées grâce à ce qu’on appelle le code de répétition. Dans un ordinateur conventionnel, vous pouvez avoir des informations dans un 0 ou un 1. Afin d’être sûr que le résultat d’un calcul est correct, l’ordinateur répète le calcul et si un transistor fait une erreur, il est corrigé à la majorité simple . Si la majorité des calculs effectués dans d’autres transistors pointent vers 1 et non vers 0, alors 1 est choisi comme résultat. Ce n’est pas possible dans un ordinateur quantique car vous ne pouvez pas faire une copie exacte d’un qubit, donc la correction d’erreur quantique fonctionne d’une autre manière: les qubits physiques à la pointe de la technologie n’ont pas encore un faible taux d’erreur, mais si suffisamment sont combinés dans le tableau 2D, ils peuvent se contrôler, pour ainsi dire. C’est un autre avantage du tableau 2D maintenant réalisé.

    La prochaine étape de cette étape importante

    Le résultat réalisé à l’Institut Niels Bohr montre qu’il est désormais possible de contrôler des électrons uniques, et de réaliser l’expérience en l’absence de champ magnétique. La prochaine étape sera donc de rechercher des spins – signatures de spin – en présence d’un champ magnétique. Cela sera essentiel pour implémenter des portes à un et deux qubits entre les qubits uniques du tableau. La théorie a montré qu’une poignée de portes à un et deux qubits, appelées un ensemble complet de portes quantiques, sont suffisantes pour permettre le calcul quantique universel.

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