Des défauts individuels dans les circuits quantiques supraconducteurs ont été imagés pour la première fois, grâce à des recherches de scientifiques du National Physical Laboratory (NPL) en collaboration avec l'Université de technologie de Chalmers et l'Université Royal Holloway de Londres.
Dans un article publié dans Avancées scientifiquesles scientifiques de NPL ont atteint une étape centrale dans la compréhension de minuscules défauts matériels appelés défauts du système à deux niveaux (TLS) dans les circuits quantiques supraconducteurs pour la première fois.
L'avancement significatif permet de localiser, d'imaginer et finalement d'atténuer ces défauts et peut conduire à des ordinateurs quantiques stables et fiables capables de révolutionner les différents champs de cybersécurité, d'optimisation, de découverte de médicaments et d'énergie propre.
Un défi majeur pour les ordinateurs quantiques est la décohérence des états quantiques fragiles. La décohérence se produit lorsque des informations quantiques stockées dans l'ordinateur divulguent et sont irrémédiablement perdues. Pour les processeurs quantiques construits à l'aide de circuits supraconducteurs – l'une des plates-formes les plus prometteuses utilisées par plusieurs leaders de l'industrie – la principale source de décohérence est ces défauts TLS résidant dans les circuits.
Bien que les chercheurs connaissent ces défauts depuis plus de cinq décennies, il n'a jamais été possible de localiser les défauts individuels et d'étudier comment chacun d'eux contribue à la décohérence dans un circuit quantique vivant.
Maintenant, les scientifiques de NPL ont construit un nouvel instrument capable de localiser et d'étudier les défauts TLS individuels pour la première fois. L'instrument combine des techniques de microscopie avancées avec des circuits quantiques vivants et fonctionne dans une chambre sombre étanche à la lumière et à un peu supérieur à zéro pour minimiser les fluctuations thermiques.
Les scientifiques pensent que ce nouvel outil les aidera à étudier ces défauts pour d'abord identifier chimiquement et éventuellement en s'en débarrasser, en ouvrant le chemin pour construire des ordinateurs quantiques fiables et stables prêts à surpasser les ordinateurs classiques.
Le Dr Riju Banerjee, scientifique principal de NPL et l'un des principaux auteurs de l'article, a déclaré: « Pendant des années, les gens ont cru que TLS fait défaut des circuits quantiques perturbés. Il est remarquable de pouvoir enfin visualiser les fluctuations et décohérence de chaque défaut TLS car il interagit avec le circuit.
« Les premières données que nous avons prises en utilisant notre nouvel instrument semblent qu'il y a un véritable liquide bruyant qui se glissent autour du circuit, et les défauts individuels apparaissent comme des anneaux, tout comme les ondulations des gouttes de pluie sur un étang. »
« Nous avons maintenant un nouvel outil avec lequel nous pouvons en apprendre beaucoup plus sur ces défauts désagréables qui affligent les circuits quantiques. Cela peut maintenant nous aider à trouver des moyens de se débarrasser de ces défauts à l'avenir », a déclaré le Dr Sebastian de GRAAF, scientifique principal chez NPL.
